Astronomen haben zum ersten Mal eine Spiralgalaxie im frühen Universum gesehen, Milliarden von Jahren bevor sich viele andere Spiralgalaxien gebildet haben. In einer Zeitschrift Nature vom 19. Juli gaben die Astronomen an, sie hätten es entdeckt, als sie mit dem Hubble-Weltraumteleskop Bilder von etwa 300 weit entfernten Galaxien im frühen Universum machten und deren Eigenschaften untersuchten. Diese ferne Spiralgalaxie wird beobachtet, da sie etwa drei Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte und das Licht aus diesem Teil des Universums seit etwa 10,7 Milliarden Jahren auf der Erde ist.
"Auf dem Weg zurück in die Zeit des frühen Universums sehen Galaxien wirklich seltsam aus, klumpig und unregelmäßig, nicht symmetrisch", sagte Alice Shapley, Professorin für Physik und Astronomie an der UCLA und Mitautorin der Studie. „Die überwiegende Mehrheit der alten Galaxien sieht aus wie Eisenbahnwracks. Unser erster Gedanke war, warum ist dieser so anders und so schön? “
Bildnachweis: Dunlap-Institut für Astronomie und Astrophysik / Joe Bergeron
Galaxien im heutigen Universum unterteilen sich in verschiedene Arten, darunter Spiralgalaxien wie unsere eigene Milchstraße, bei denen es sich um rotierende Scheiben aus Sternen und Gas handelt, in denen sich neue Sterne bilden, und elliptische Galaxien, bei denen sich ältere, rötere Sterne in zufällige Richtungen bewegen. Die Mischung der Galaxienstrukturen im frühen Universum ist ganz anders, mit einer viel größeren Vielfalt und einem größeren Anteil an irregulären Galaxien, sagte Shapley.
"Die Tatsache, dass diese Galaxie existiert, ist erstaunlich", sagte David Law, Hauptautor der Studie und Postdoktorand am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics der Universität von Toronto. "Nach derzeitigem Kenntnisstand gab es solche Spiralgalaxien mit„ großartigem Design “zu einem so frühen Zeitpunkt in der Geschichte des Universums einfach nicht." Eine Galaxie mit „großartigem Design“ hat prominente, gut geformte Spiralarme.
Die Galaxie, die den nicht sehr glamourösen Namen BX442 trägt, ist im Vergleich zu anderen Galaxien aus dieser frühen Zeit im Universum ziemlich groß. Nur etwa 30 der von Law und Shapley analysierten Galaxien sind so massereich wie diese Galaxie.
Um einen tieferen Einblick in ihr einzigartiges Bild von BX442 zu erhalten, gingen Law und Shapley zur W.M. Das Keck-Observatorium auf Hawaiis ruhendem Mauna Kea-Vulkan verwendete ein einzigartiges hochmodernes Instrument, den OSIRIS-Spektrographen, der von James Larkin, einem UCLA-Professor für Physik und Astronomie, gebaut wurde. Sie untersuchten Spektren von rund 3.600 Orten in und um BX442, die wertvolle Informationen lieferten, die es ihnen ermöglichten, festzustellen, dass es sich tatsächlich um eine rotierende Spiralgalaxie handelt - und nicht zum Beispiel um zwei Galaxien, die sich zufällig im Bild ausrichteten.
"Wir dachten zuerst, dass dies nur eine Illusion sein könnte und dass wir vom Bild in die Irre geführt würden", sagte Shapley. „Als wir das Spektralbild dieser Galaxie aufgenommen haben, haben wir festgestellt, dass die Spiralarme zu dieser Galaxie gehören. Es war keine Illusion. Wir waren überwältigt. “Law und Shapley sehen auch Hinweise auf ein riesiges Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie, das möglicherweise eine Rolle bei der Entwicklung von BX442 spielt.
Warum sieht BX442 aus wie Galaxien, die heute so verbreitet sind, damals aber so selten waren?
Law und Shapley glauben, dass die Antwort mit einer Zwerggalaxie zu tun haben könnte, die der OSIRIS-Spektrograph als Klecks im oberen linken Teil des Bildes anzeigt, und der gravitativen Wechselwirkung zwischen ihnen. Diese Idee wird durch eine numerische Simulation unterstützt, die von Charlotte Christensen, Postdoktorandin an der University of Arizona und Mitautorin der Research in Nature, durchgeführt wurde. Schließlich wird die kleine Galaxie wahrscheinlich in BX442 übergehen, sagte Shapley.
Bildnachweis: David Law / Dunlap-Institut für Astronomie und Astrophysik
"BX442 sieht aus wie eine nahegelegene Galaxie, aber im frühen Universum kollidierten Galaxien viel häufiger miteinander", sagte sie. „Gas regnete aus dem intergalaktischen Medium und speiste Sterne, die sich viel schneller bildeten als heute. Schwarze Löcher wuchsen ebenfalls viel schneller. Das heutige Universum ist langweilig im Vergleich zu dieser frühen Zeit. “
Law, ein ehemaliger Hubble-Postdoktorand an der UCLA, und Shapley werden weiterhin BX442 studieren.
"Wir wollen diese Galaxie bei anderen Wellenlängen fotografieren", sagte Shapley. „Das wird uns sagen, welche Art von Sternen sich an jedem Ort in der Galaxis befinden. Wir wollen die Mischung aus Sternen und Gas in BX442 abbilden. “
Shapley sagte, dass BX442 eine Verbindung zwischen frühen Galaxien, die viel turbulenter sind, und den sich drehenden Spiralgalaxien darstellt, die wir um uns herum sehen. "In der Tat kann diese Galaxie die Bedeutung von Fusionswechselwirkungen in jeder kosmischen Epoche für die Schaffung einer großartigen Spiralstruktur hervorheben", sagte sie.
Das Studium von BX442 dürfte Astronomen helfen, zu verstehen, wie Spiralgalaxien wie die Milchstraße aussehen, sagte Shapley.
Mitautoren sind Charles Steidel, Lee A. DuBridge-Professor für Astronomie am California Institute of Technology; Naveen Reddy, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der UC Riverside; und Dawn Erb, Assistenzprofessorin für Physik an der University of Wisconsin, Milwaukee.
Shapleys Forschung wird von der David and Lucile Packard Foundation finanziert.
Die UCLA ist Kaliforniens größte Universität mit fast 38.000 Studenten und Doktoranden. Das UCLA College of Letters and Science und die 11 Fachhochschulen der Universität verfügen über renommierte Fakultäten und bieten 337 Studiengänge und Hauptfächer. Die UCLA ist national und international führend in der Breite und Qualität ihrer Studien-, Forschungs-, Gesundheits-, Kultur-, Weiterbildungs- und Sportprogramme. Sechs Alumni und fünf Fakultäten wurden mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
Mit Genehmigung der UCLA erneut veröffentlicht.