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APEX: Die erste Nahaufnahme von Sternfabriken im fernen Universum

22.03.2010
Erstmalig haben Astronomen mit dem APEX-Teleskop Ausmaße und Helligkeiten von Sternentstehungsregionen in einer Galaxie bestimmen können, deren Licht 10 Milliarden Jahre benötigt, um uns zu erreichen; wir sehen die Galaxie heute so wie sie vor 10 Milliarden Jahren war.

Eine kosmische "Gravitationslinse" vergrößert das Bild der Galaxie und verschafft uns damit eine Nahansicht, die weit jenseits des Leistungsvermögens heutiger Teleskope liegt. Das erlaubt es den Astronomen, zu zeigen, dass die Galaxien des frühen Universums Stätten äußerst aktiver, geradezu hektischer Sternentstehung waren. Die Sternkinderstuben von damals bildeten mehr als einhundert mal so schnell neue Sterne wie heutzutage.


Künstlerische Darstellung von SMM J2135-0102 zusammen mit beobachteten Submillimeterkonturen
Bild: ESO/M. Kornmesser/M. Swinbank et al.

Bei der Beobachtung eines massereichen Galaxienhaufens [1] mit dem Atacama Pathfinder Experiment (APEX), einem Teleskop für Submillimeterwellenlängen, haben Astronomen eine neue und außergewöhnlich helle Galaxie entdeckt. Die Galaxie, die den Namen SMM J2135-0102 erhalten hat, ist deutlich weiter entfernt als der Galaxienhaufen. In ihrem Inneren werden kosmische Staubteilchen von Sternenlicht aufgeheizt, leuchten hell auf und machen SMM J2135-0102 so zur hellsten weit entfernten Galaxie am Submillimeterhimmel.

"Wir hatten überhaupt nicht damit gerechnet, an dieser Stelle des Himmels ein derart ungewöhnlich helles Objekt zu finden. Wie sich schnell herausstellte, handelt es sich um eine weiter entfernte und bis dahin unbekannte Galaxie, deren Bild von dem näher gelegenen Galaxienhaufen vergrößert wird", so Carlos De Breuck von der Europäischen Südsternwarte ESO, ein Mitglied des Wissenschaftlerteams, das die Galaxie untersucht hat. De Breuck war für die Beobachtungen am APEX-Teleskop verantwortlich, bei denen die Galaxie entdeckt wurde. APEX befindet sich 5000 m über dem Meeresspiegel auf der Chajnantor-Hochebene in den chilenischen Anden.

Dass die neu entdeckte Galaxie SMM J2135-0102 so hell erscheint, ist allein demim Vordergrund liegenden, massiven Galaxienhaufenl zu verdanken. Dessen gewaltige Masse wirkt als sogenannte Gravitationslinse und lenkt das Licht der weiter entfernten Galaxie so ab, dass wir die Galaxie dadurch - hnlich wie beim Blick durch ein Teleskop aufgehellt und vergrößert sehen [2]. Dass Galaxienhaufen und Galaxie exakt so angeordnet sind, dass sie als Gravitationslinse wirken ist allein dem Zufall zu verdanken. Den Astronomen beschert dies ein natürliches Teleskop mit 32facher Vergrößerung.

"Dank des Vergrößerungseffektes werden unglaublich viele Details der Galaxie sichtbar - und das, obwohl diese Galaxie so weit entfernt ist, dass ihr Licht rund 10 Milliarden Jahre lang unterwegs ist, bevor es uns erreicht", erklärt Mark Swinbank von der Universität Durham, der Hauptautor des Fachartikels, in dem die Entdeckung beschrieben wird. "Wir haben die Galaxie anschließend mit dem Submillimeter Array auf Hawaii genauer untersucht, und konnten dabei sogar die Details in einzelnen der Staubwolken ausmachen, in denen Sterne entstehen."

Dank der Vergrößerung wird es möglich, bewirkt, dass innerhalb der Galaxie Sternentstehungs-Wolken bis zu einer Größe von nur wenigen hundert Lichtjahren ausmachen. Das ist nur wenig größer als die größten derartigen Wolken innerhalb unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Ohne die Hilfe der Gravitationslinse läge solcher Detailreichtum weit jenseits des Leistungsvermögens heutiger Teleskope. Erst zukünftige Teleskope wie ALMA, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, das derzeit auf derselben Hochebene errichtet wird, auf der auch APEX seinen Standort hat, werden vergleichbare Detailschärfe auch ohne kosmische Hilfestellung erreichen. Der Zufallsfund ist daher für die Astronomen eine einzigartige Vorschau darauf, was bereits in wenigen Jahren mit ALMA möglich sein wird.

Die "Sternfabriken" in SMM J2135-0102 sind zwar ähnlich groß wie die Sternentstehungsgebiete der Milchstraße, aber einhundert mal heller. Das deutet darauf hin, dass weit entfernte Galaxien - die wir dementsprechend in vergleichsweise frühen Entwicklungsstadien sehen - deutlich in punkto Sternentstehung ungleich aktiver sind als Galaxien, die uns räumlich und zeitlich näher stehen. Insgesamt erinnern die Wolken in SMM J2135-0102 stark an die innersten und dichtesten Bereiche ähnlicher Wolken in unserer kosmischen Nachbarschaft.

"Wir schätzen, dass in SMM J2135-0102 jedes Jahr Sterne mit insgesamt rund 250 mal der Masse der Sonne entstehen" ergänzt de Breuck. "Sternentstehung in derart großen Staubwolken läuft zwar anders ab als in unserer unmittelbaren Umgebung, aber unsere Beobachtungen legen nahe, dass man die Physik, die den dichten Kerngebieten derSternkinderstuben in benachbarten Galaxien zugrundeliegt, auf die Sternentstehung in diesen viel weiter entfernten Galaxien übertragen können sollte."

Endnoten

[1] Galaxienhaufen sind die massereichsten Objekte im Universum, die durch ihre eigene Schwerkraft zusammengehalten werden. Sie beinhalten hunderte oder gar tausende einzelner Galaxien, die aber nur ein Zehntel ihrer Gesamtmasse ausmachen. Zum größten Teil - was bis zu einer Billiarde mal der Masse der Sonne entsprechen kann - bestehen sie aus heißem Gas und Dunkler Materie. Der Galaxienhaufen, um den es hier geht, trägt die Bezeichnung MACS J2135-010217 (oder auch MACS J213512.10-010258.5) ist rund 4 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

[2] Gravitationslinsen wurden erstmals von Albert Einstein quantitativ berechnet. Die Vorhersage ihrer Existenz wurde später ein wichtiger Bestandteil der Allgemeinen Relativitätstheorie. Ihr Effekt beruht darauf, dass Massenansammlungen die Raumzeit krümmen und dadurch Licht ablenken. Wenn Galaxienhaufen zwischen uns und noch viel weiter entfernten Galaxien liegen, können sie durch ihre immensen Massen als besonders starke Gravitationslinsen wirken. Je nachdem wie die Masse in den Galaxienhaufen verteilt ist, treten unterschiedliche Effekte wie Vergrößerung, Bildverzerrungen, große Bögen oder Mehrfachbilder des dahinterliegenden Objektes auf.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse werden von A. M. Swinbank et al. in dem Fachartikel "Intense star formation within resolved compact regions in a galaxy at z=2.3" präsentiert, der heute online in der Zeitschrift Nature erscheint. Die gedruckte Version erscheint in der Ausgabe vom 1. April 2010.

Die beteiligten Wissenschaftler sind A. M. Swinbank, I. Smail, J. Richard, A. C. Edge und K. E. K. Coppin (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Großbritannien), S. Longmore, R. Blundell, M. Gurwell und D. Wilner (Harvard-Smithsonian Center For Astrophysics, USA), A. I. Harris und L. J. Hainline (Department of Astronomy, University of Maryland, USA), A.J. Baker (Department of Physics and Astronomy, Rutgers, University of New Jersey, USA), C. De Breuck, A. Lundgren und G. Siringo (ESO), R. J. Ivison (UKATC und Royal Observatory of Edinburgh, Großbritannien), P. Cox, M. Krips and R. Neri (Institut de Radio Astronomie Millimétrique, Frankreich), B. Siana (California Institute of Technology, USA), D. P. Stark (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Großbritannien) und J. D. Younger (Institute for Advanced Study, USA).

Das Atacama Pathfinder Experiment (APEX, wörtlich das "Atacama-Pfadfinder-Experiment") ist ein 12-Meter-Teleskop, das auf dem extrem trockenen, 5.100 Meter über dem Meeresspiegel gelegenen Chajnantor-Plateau in den chilenischen Anden betrieben wird. APEX operiert bei Millimeter- und Submillimeterwellenlängen. Das Universum ist in diesem Wellenlängenbereich bislang nur sehr unvollständig erforscht, da entsprechende Beobachtungen sowohl extrem trockene Atmosphärenbedingungen wie auch fortschrittlichste Detektortechnologie erfordern. APEX, das größte Submillimeter-Teleskop auf der südlichen Erdhalbkugel, ist Ergebnis einer Zusammenarbeit des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, des schwedischen Onsala Space Observatory und der ESO. APEX agiert als Pfadfinder für das ALMA-Projekt: Es basiert auf einem Antennen-Prototyp, der für ALMA entwickelt wurde, und soll eine Vielzahl von potenziellen Zielobjekten für ALMA ausfindig machen.

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 14 Mitgliedsländer: Belgien, 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
Tel.: (06221) 528 226
E-Mail: eson@mpia.de
Mark Swinbank
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Durham, GroßbritannienTel: +44 191 334 3786
E-mail: a.m.swinbank@durham.ac.uk
Carlos de Breuck
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Email: cdebreuc@eso.org
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Carolin Liefke | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.eso.org/public/news/eso1012
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