Forscher haben eine frühe Galaxie in beispiellosen Details untersucht und eine Reihe wichtiger Eigenschaften wie Größe, Masse und Gehalt an Elementen bestimmt und festgestellt, wie schnell die Galaxie neue Sterne bildet.
Die frühen Galaxien des Universums unterschieden sich sehr von den heutigen Galaxien. Mithilfe neuer detaillierter Studien, die mit dem ESO Very Large Telescope und dem Hubble Space Telescope durchgeführt wurden, haben Forscher, darunter Mitglieder des Niels-Bohr-Instituts, eine frühe Galaxie in beispiellosen Details untersucht und eine Reihe wichtiger Eigenschaften wie Größe, Masse und Inhalt bestimmt von Elementen und haben bestimmt, wie schnell die Galaxie neue Sterne bildet. Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society veröffentlicht.
„Galaxien sind tief faszinierende Objekte. Die Keime von Galaxien sind Quantenfluktuationen im sehr frühen Universum, und daher verbindet das Verständnis von Galaxien die größten Skalen im Universum mit den kleinsten. Nur in Galaxien kann Gas kalt und dicht genug werden, um Sterne zu bilden, und Galaxien sind daher die Wiege der Sternentstehung “, erklärt Johan Fynbo, Professor am Zentrum für Dunkle Kosmologie am Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen.
Quasare gehören zu den hellsten Objekten im Universum und können als Leuchttürme verwendet werden, um das Universum zwischen den Quasaren und der Erde zu untersuchen. Hier haben Forscher eine Galaxie entdeckt, die vor einem Quasar liegt. Indem sie die Absorptionslinien im Licht des Quasars studierten, haben sie die Elementzusammensetzung in der Galaxie sehr detailliert gemessen, obwohl wir uns um ca. 11 Milliarden Jahre zurück. Grafik: Chano Birkelind
Früh im Universum bildeten sich Galaxien aus großen Gaswolken und dunkler Materie. Gas ist der Rohstoff des Universums für die Bildung von Sternen. Innerhalb von Galaxien kann sich das Gas von den vielen tausend Grad außerhalb von Galaxien abkühlen. Wenn das Gas abgekühlt wird, wird es sehr dicht. Schließlich ist das Gas so kompakt, dass es zu einer Gaskugel zusammenfällt, in der die Gravitationskompression die Materie aufheizt und eine glühende Gaskugel erzeugt - ein Stern wird geboren.
Zyklus der Sterne
Im glühenden Inneren massereicher Sterne schmelzen Wasserstoff und Helium zusammen und bilden die ersten schwereren Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, die Magnesium, Silizium und Eisen bilden. Wenn der gesamte Kern in Eisen umgewandelt wurde, kann keine Energie mehr gewonnen werden und der Stern stirbt als Supernova-Explosion. Jedes Mal, wenn ein massereicher Stern ausbrennt und stirbt, schleudert er Gaswolken und neu gebildete Elemente in den Weltraum, wo sie Gaswolken bilden, die immer dichter werden und schließlich zusammenbrechen, um neue Sterne zu bilden. Die frühen Sterne enthielten nur ein Tausendstel der heute in der Sonne vorkommenden Elemente. Auf diese Weise wird jede Generation von Sternen immer reicher an schweren Elementen.
In den heutigen Galaxien haben wir viele Sterne und weniger Gas. In den frühen Galaxien gab es viel Gas und weniger Sterne.
„Wir wollen diese kosmische Evolutionsgeschichte besser verstehen, indem wir sehr frühe Galaxien untersuchen. Wir wollen messen, wie groß sie sind, was sie wiegen und wie schnell sich Sterne und schwere Elemente bilden “, erklärt Johan Fynbo, der die Forschung gemeinsam mit Jens-Kristian Krogager, Doktorand am Dark Cosmology Center am Niels Bohr, geleitet hat Institut.
Frühes Potenzial für die Planetenbildung
Das Forscherteam hat eine Galaxie untersucht, die sich ca. 11 Milliarden Jahre zurück in die Vergangenheit. Hinter der Galaxie befindet sich ein Quasar, ein aktives Schwarzes Loch, das heller ist als eine Galaxie. Mit dem Licht des Quasars fanden sie die Galaxie mit dem Riesenteleskop VLT in Chile. Die große Menge an Gas in der jungen Galaxie absorbierte einfach eine große Menge des Lichts des dahinter liegenden Quasars. Hier konnten sie die äußeren Teile der Galaxie „sehen“ (d. H. Durch Absorption). Darüber hinaus lässt die aktive Sternentstehung einen Teil des Gases aufleuchten, sodass es direkt beobachtet werden kann.
Im Bild links ist der Quasar als helle Quelle in der Mitte zu sehen, während die absorbierende Galaxie, die vor dem Quasar liegt, links und etwas oberhalb des Quasars zu sehen ist. Im Bild rechts wird der größte Teil des Lichts vom Quasar entfernt, damit die Galaxie deutlicher zu sehen ist. Die Entfernung zwischen dem Zentrum der Galaxie und dem Punkt, an dem das Licht von den Quasarpässen kommt, beträgt ca. 20.000 Lichtjahre, etwas weniger als der Abstand zwischen der Sonne und dem Zentrum der Milchstraße.
Mit dem Hubble-Weltraumteleskop konnten sie auch die kürzlich gebildeten Sterne in der Galaxie sehen und berechnen, wie viele Sterne es im Verhältnis zur Gesamtmasse gab, die sowohl aus Sternen als auch aus Gas besteht. Sie konnten nun sehen, dass der relative Anteil schwererer Elemente im Zentrum der Galaxie der gleiche ist wie in den äußeren Teilen, und es zeigt sich, dass die Sterne, die sich früher im Zentrum der Galaxie gebildet haben, die Sterne in den äußeren Teilen mit schwererem Anteil anreichern Elemente.
„Durch die Kombination der Beobachtungen beider Methoden - Absorption und Emission - haben wir herausgefunden, dass die Sterne einen Sauerstoffgehalt haben, der ca. 1/3 des Sauerstoffgehalts der Sonne. Dies bedeutet, dass frühere Generationen von Sternen in der Galaxie bereits vor 11 Milliarden Jahren Elemente aufgebaut hatten, die es ermöglichten, Planeten wie die Erde zu formen “, schließen Johan Fynbo und Jens-Kristian Krogager.
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