Astronomen dachten, die ersten Galaxien wären klein. Jetzt haben sie zwei riesige Galaxien aus der Zeit entdeckt, als das Universum nur 5% seines aktuellen Alters betrug.
Größer anzeigen. | Künstlerkonzept von SPT0311-58, einem Paar massereicher Galaxien im sehr frühen Universum. Forscher sagen, dass Galaxien dieser Ära "chaotischer" sind als die, die wir im nahe gelegenen Universum sehen. Ihre eher durcheinandergebrachten Formen sind auf die riesigen Gasvorräte zurückzuführen, die auf sie herabregnen, und auf die andauernden Wechselwirkungen und Fusionen mit ihren Nachbarn. Bild über NRAO / AUI / NSF; D. Berry.
Es wird angenommen, dass unser Sonnensystem - unsere Sonne und unsere Planetenfamilie - aus Klumpen von Weltraummaterial besteht, die aneinander haften. Ebenso erwarteten Astronomen, dass die ersten Galaxien, die sich kurz nach dem Urknall bildeten, den kleinen Zwerggalaxien ähneln, die wir heute sehen, sodass sie als Bausteine für größere Galaxien dienen würden, die später kamen. Und so überraschte uns die Natur mit Beispielen von fest, sternengefüllte Galaxien, die gesehen wurden, als der Kosmos weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Jetzt haben neue Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chile zwei riesige Galaxien entdeckt, die noch weiter und länger entfernt gesehen wurden, als das Universum nur 780 Millionen Jahre alt war, oder ungefähr 5 Prozent seines gegenwärtigen Alters. Diese riesigen frühen Galaxien - zusammenfassend als SPT0311-58 bekannt - scheinen in einem noch massereicheren Lichthof aus dunkler Materie eingebettet zu sein, der mehrere Billionen Mal die Masse unserer Sonne enthält.
Die Forscher berichteten über ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Natur am 6. Dezember 2017.
Sie sagten, diese beiden riesigen frühen Galaxien seien nahe beieinander, weniger als die Entfernung von der Erde zum Zentrum unserer Milchstraßengalaxie. Aus diesem Grund werden die Galaxien in Kürze zur größten Galaxie verschmelzen, die jemals in dieser Zeit in der kosmischen Geschichte beobachtet wurde. Dan Marrone, außerordentlicher Professor für Astronomie an der Universität von Arizona in Tucson und Hauptautor des Papiers, sagte in einer Erklärung:
Mit diesen exquisiten ALMA-Beobachtungen sehen Astronomen die massereichste Galaxie, die in den ersten Milliarden Jahren des Universums bekannt war, während sie sich selbst zusammensetzt.
Ein zusammengesetztes Bild, das ALMA-Daten (rot) der beiden Galaxien von SPT0311-58 zeigt. Diese Galaxien werden vor dem Hintergrund des Hubble-Weltraumteleskops (blau und grün) angezeigt. Die ALMA-Daten zeigen das staubige Leuchten der beiden Galaxien. Das Bild der Galaxie rechts wird durch Gravitationslinsen verzerrt. Die näher am Vordergrund liegende Linsengalaxie ist das grüne Objekt zwischen den beiden von ALMA abgebildeten Galaxien. Bild über ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Marrone et al .; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); NASA / ESA Hubble.
ALMA befindet sich in der Atacama-Wüste im Norden Chiles und ist eines der weltweit fortschrittlichsten Instrumente zur astronomischen Beobachtung. Es handelt sich um ein Interferometer für Radioteleskope, das erst seit März 2013 voll funktionsfähig ist. Möglich wurde dies durch eine internationale Partnerschaft zwischen Europa, den USA, Kanada, Japan, Südkorea, Taiwan und Chile. Aber auch ALMA konnte ohne Hilfe nicht so weit in Raum und Zeit zurückblicken.
In diesem Fall kam die Hilfe von der Natur selbst, die eine sogenannte Gravitationslinse erzeugt, wenn ein dazwischenliegendes massives Objekt wie eine Galaxie oder ein Galaxienhaufen das Licht von weiter entfernten Galaxien biegt. In einem Universum mit mindestens 100 Milliarden Galaxien (oder mehr) passiert dies ziemlich oft, kann jedoch schwierig zu beobachten sein. Obwohl Galaxien zwischen uns und SPT0311-58 ihr Licht bogen und vergrößerten, waren hochentwickelte Computermodelle erforderlich, um das Bild von SPT0311-58 zu rekonstruieren, da diese Galaxien in einem unveränderten Zustand erscheinen würden.
Der Prozess, diese Daten aus den Beobachtungen herauszulösen, lieferte den folgenden Astronomen zufolge noch mehr Informationen:
Dieser "De-Lensing" -Prozess lieferte faszinierende Details zu den Galaxien und zeigte, dass der größere Stern mit einer Rate von 2.900 Sonnenmassen pro Jahr Sterne bildet. Es enthält auch ungefähr 270 Milliarden Mal die Masse unserer Sonne in Gas und fast 3 Milliarden Mal die Masse unserer Sonne in Staub.
Justin Spilker von der University of Texas in Austin, Mitautor der Studie, kommentierte:
Angesichts des jungen Alters des Systems ist das eine gewaltige Menge Staub.
Die Astronomen glauben, dass das Tempo der Sternentstehung der größeren Galaxie wahrscheinlich durch eine enge Begegnung mit ihrem etwas kleineren Begleiter ausgelöst wurde, der bereits etwa 35 Milliarden Sonnenmassen von Sternen beherbergt und mit einer Geschwindigkeit von etwa 540 Sonnenmassen pro Jahr auch Sterne bildet.
Die neuen Beobachtungen ermöglichten es den Forschern auch, auf das Vorhandensein eines wirklich massiven Halos aus dunkler Materie zu schließen, der beide Galaxien umgibt. Dunkle Materie liefert vermutlich die Anziehungskraft der Schwerkraft, die das Universum in Strukturen wie Galaxien, Gruppen und Galaxienhaufen usw. zusammenbrechen lässt. Durch den Vergleich ihrer Berechnungen mit aktuellen kosmologischen Vorhersagen stellten die Forscher fest, dass dieser Heiligenschein einer der massereichsten ist, die es zu dieser Zeit geben sollte.
Gravitationslinsen biegen - wie Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie erklärte - das Licht. Das Gravitationsfeld einer entfernten Galaxie oder eines Galaxienhaufens führt dazu, dass sich das Licht darum biegt. Von der Erde aus sehen wir das Licht als versetzt von dort, wo es sonst wäre. Bild über SpaceTelescope.org.
Die Astronomen sagten, dass sie diese Galaxien in einer Periode der kosmischen Geschichte sehen, die als Epoche der Reionisierung bekannt ist:
… Als der größte Teil des intergalaktischen Raums von einem undurchsichtigen Nebel kalten Wasserstoffgases durchdrungen war. Als sich mehr Sterne und Galaxien bildeten, ionisierte ihre Energie schließlich den Wasserstoff zwischen den Galaxien und enthüllte das Universum, wie wir es heute sehen.
Marrone kommentierte:
In jedem Fall sollte uns unsere nächste Runde von ALMA-Beobachtungen helfen, zu verstehen, wie schnell diese Galaxien zusammengekommen sind, und unser Verständnis der massiven Galaxienbildung während der Reionisierung verbessern.