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Der älteste voll entwickelte Galaxienhaufen

09.03.2011
Mit einer ganzen Armada von Teleskopen auf dem Erdboden und im Weltall, unter anderem dem Very Large Telescope der ESO am Paranal-Observatorium in Chile, haben Astronomen den am weitesten entfernten bislang bekannten „erwachsenen“ Galaxienhaufen entdeckt und seine Entfernung zur Erde bestimmt. Das Licht, das sie dafür aufgefangen haben, stammt aus einer Zeit, als das Universum weniger als ein Viertel so alt war wie jetzt. Der junge Haufen zeigt überraschend große Ähnlichkeit mit den Galaxienhaufen im heutigen Universum, die ungleich mehr Zeit hatten, sich weiter zu entwickeln.

„Wir haben die Entfernung zu dem am weitesten entfernten ausgewachsenen Galaxienhaufen gemessen, den man je gefunden hat”, berichtet Raphael Gobat vom CEA in Paris, der Leiter der Studie, in der die Beobachtungen des Very Large Telescope (VLT) ausgewertet wurden. „Auch bei genauerer Betrachtung sieht man diesem Galaxienhaufen nicht an, dass er sehr jung ist. Viele seiner Galaxien sind bereits voll entwickelt und weisen kaum Ähnlichkeit mit den für das junge Universum typischen Galaxien auf, in denen sich besonders viele Sterne bilden.”


Der älteste weit entwickelte Galaxienhaufen
Foto: ESO/R. Gobat et al.

Galaxienhaufen sind die größten durch Schwerkraft zusammengehaltenen Strukturen im Universum. Astronomen gehen davon aus, dass diese Haufen mit der Zeit allmählich immer größer werden. Im jungen Universum sollten massereiche Galaxienhaufen aus diesem Grunde noch recht selten sein. Zwar wurden auch noch weiter entfernte Galaxienhaufen beobachtet als der jetzt entdeckte. Diese scheinen aber keine ausgewachsenen Objekte zu sein, sondern junge Haufen, die noch im Entstehen begriffen sind.

Das internationale Astronomenteam nutzte die leistungsfähigen Instrumente VIMOS und FORS2 am Very Large Telescope (VLT) der ESO, um die Entfernung zu Mitgliedern einer Ansammlung von lichtschwachen, roten Objekten zu bestimmen, die das Weltraumteleskop Spitzer zuvor entdeckt hatte. Diese Ansammlung von Galaxien mit der Bezeichnung CL J1449+0856 [1] wies alle Anzeichen eines sehr weit entfernten Galaxienhaufens auf [2]. Tatsächlich ergab die Auswertung der Beobachtungen, dass es sich um einen Galaxienhaufen handelt, den wir in jenem Zustand sehen, den er hatte als das Universum nur etwa 3 Milliarden Jahre alt war – weniger als ein Viertel seines heutigen Alters [3].

Nachdem die Astronomen die Entfernung zu diesem ungewöhnlichen Objekt bestimmt hatten, führten sie eine gründliche Untersuchung der einzelnen Galaxien sowohl mit dem Hubble-Weltraumteleskop als auch mit bodengebundenen Teleskopen einschließlich des VLT durch. Dabei fanden sie Anzeichen dafür, dass die meisten der Galaxien kaum mehr neue Sterne bilden. Diese Galaxien bestanden stattdessen überwiegend aus Sternen, die bereits etwa eine Milliarde Jahre alt waren. Das macht den Galaxienhaufen zu einem „erwachsenen“ Exemplar seiner Gattung. Seine Gesamtmasse ist vergleichbar mit der des Virgohaufens, des von der Milchstraße aus nächstgelegenen großen Galaxienhaufens.

Weitere Anzeichen dafür, dass es sich bei CL J1449+0856 um einen ausgewachsenen Haufen handelt, ergaben Röntgenbeobachtungen mit dem Satellitenteleskop XMM-Newton der ESA. Der Galaxienhaufen erzeugt Röntgenstrahlung, die sich auf sehr heißes und dünnes Gas zurückführen lässt, das den Raum zwischen den Haufengalaxien ausfüllt und eine Konzentration zum Zentrum des Haufens hin aufweist. Ein junger, noch in der Entwicklung befindlicher Galaxienhaufen hätte noch nicht genügend Zeit gehabt, ein solches Gasreservoir anzusammeln. Die Röntgenstrahlung ist damit ein weiteres Anzeichen dafür, dass es sich um einen voll entwickelten Galaxienhaufen handelt.

Gobat erläutert abschließend: „Diese neuen Ergebnisse stützen die Theorie, dass erwachsene Galaxienhaufen bereits existierten, als das Universum weniger als ein Viertel seines heutigen Alters hatte. Doch vermutlich sind solche Haufen sehr selten, so dass wir Glück hatten, ein solches Objekt überhaupt zu finden. Sollten zukünftige Beobachtungen allerdings noch weitere solche Haufen entdecken, dann müssten wir unser bisheriges Bild vom frühen Universum grundsätzlich überdenken.“

Endnoten

[1] Diese kryptisch anmutende Bezeichnung setzt sich aus CL für „Cluster“ und den Himmelskoordinaten des Objekts zusammen.

[2] Die Galaxien erscheinen in der Aufnahme teilweise deswegen rötlich, weil sie weitgehend aus kühlen, roten Sternen bestehen dürften. Hinzu kommt, dass die Expansion des Universums während der Zeit, in der das Licht von diesen weit entfernten Objekten zu uns unterwegs war, die Wellenlänge des Lichts gedehnt und damit weiter ins rötliche verschoben hat. Erreicht das Licht die Erde, handelt es sich größtenteils um Infrarotstrahlung.

[3] Die Astronomen haben die Entfernung zu dem Galaxienhaufen bestimmt, indem sie das Licht mit einem Spektrografen in seine Farben zerlegt haben. Dieses Spektrum wurde mit dem eines ähnlichen Objektes im nahen Universum verglichen. So waren sie in der Lage, die so genannte Rotverschiebung zu bestimmen, die anzeigt, wie stark das Universum sich ausgedehnt hat, seit das Licht die Galaxien verlassen hat. Die Messungen ergaben eine Rotverschiebung von z=2,07, was bedeutet, dass wir den Galaxienhaufen so sehen, wie er etwa drei Milliarden Jahre nach dem Urknall war.

Zusatzinformationen

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse von R. Gobat et al. sind unter dem Titel “A mature cluster with X-ray emission at z = 2.07” in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen.

Die beteiligten Wissenschaftler sind R. Gobat (Laboratoire AIM-Paris-Saclay, Frankreich), E. Daddi (AIM-Paris), M. Onodera (ETH Zürich, Schweiz), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching), A. Renzini (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova), N. Arimoto (National Astronomical Observatory of Japan), R. Bouwens (Lick Observatory, Santa Cruz, USA), M. Brusa (ETH), R.-R. Chary (California Institute of Technology, USA), A. Cimatti (Università di Bologna, Italien), M. Dickinson (NOAO, Tucson, USA), X. Kong (University of Science and Technology of China) und M.Mignoli (INAF – Osservatorio Astronomico di Bologna, Italien).

Der FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph (wörtlich "Brennweitenreduzierer und niedrigauflösender Spektrograf") ist das vielseitigste Instrument des Very Large Telescope. Die Kombination aus astronomischer Kamera und Spektrograf wurde gemeinsam von den Universitätssternwarten in Heidelberg, Göttingen und München und der ESO entwickelt und gebaut. FORS war eines der ersten Instrumente, die am Very Large Telescope installiert wurden.

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts, sowie VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt. Die ESO ist der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO das European Extremely Large Telescope (E-ELT) für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, mit 42 Metern Spiegeldurchmesser ein Großteleskop der Extraklasse.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsstaaten (und einigen weiteren Ländern) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Deutschland
Tel: 06221 528226
E-Mail: eson@mpia.de
Dr Raphael Gobat
Laboratoire AIM-Paris-Saclay, CEA/DSM-CNRS–Université Paris Diderot
Gif-sur-Yvette, France
Tel: +33 1 69 08 60 01
E-Mail: raphael.gobat@cea.fr
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
E-Mail: rhook@eso.org

Carolin Liefke | ESO Science Outreach Network
Weitere Informationen:
http://www.eso.org/public/germany/news/eso1108/
http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1108/eso1108.pdf
http://www.eso.org/public/images/archive/category/paranal/

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