Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Beobachterischer Nachweis von Sternen der ersten Generation im Universum

17.06.2015

Das VLT entdeckt CR7, die hellste Galaxie im frühen Universum, und Hinweise auf Sterne der Population III

Astronomen ist es gelungen, mit dem Very Large Telescope der ESO die mit Abstand hellste Galaxie im frühen Universum zu entdecken. Außerdem fanden sie deutliche Hinweise darauf, dass sich darin Exemplare der ersten Generation von Sternen versteckt halten.


Diese künstlerische Darstellung zeigt CR7, eine weit entfernte Galaxie, die mit dem Very Large Telescope der ESO entdeckt wurde. Dabei handelt es sich um die hellste bisher gefundene Galaxie im frühen Universum. Außerdem fand man deutliche Hinweise darauf, dass sich darin Exemplare der ersten Generation von Sternen versteckt halten. Diese massereichen, hell leuchtenden und zuvor rein theoretischen Objekte haben die ersten schweren Elemente im Universum erzeugt – Elemente, die notwendig für die Entstehung die Sterne waren, die uns heute umgeben, ebenso wie für die Planeten, die sie umkreisen und das Leben, wie wir es kennen. Die neu entdeckte Galaxie mit der Bezeichnung CR7 ist drei Mal so hell wie die hellste bisher bekannte ferne Galaxie.

Herkunftsnachweis: ESO/M. Kornmesser

Diese massereichen, hell leuchtenden und zuvor rein theoretischen Objekte haben die ersten schweren Elemente im Universum erzeugt – Elemente, die notwendig für die Entstehung die Sterne waren, die uns heute umgeben, ebenso wie für die Planeten, die sie umkreisen und das Leben, wie wir es kennen. Die neu entdeckte Galaxie mit der Bezeichnung CR7 ist drei Mal so hell wie die hellste bisher bekannte ferne Galaxie.

Astronomen haben lange über die Existenz von Sternen der ersten Generation diskutiert, die man auch als Sterne der Population III bezeichnet und die aus der Ur-Materie, die vom Urknall stammte, entstanden sind [1]. Alle schwereren chemischen Elemente – wie Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Eisen, die für das Leben unentbehrlich sind – wurden im Inneren von Sternen gebildet. Das bedeutet, dass die ersten Sterne aus den einzigen Elementen entstanden sein müssen, die vor diesen Sternen existierten: Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium.

Diese Sterne der Population III wären gewaltig gewesen – mehrere hundert- oder sogar tausendfach massereicher als die Sonne – glühend heiß und kurzlebig – und wären als Supernovae nach gerade einmal zwei Millionen Jahren explodiert. Aber bis heute ist die Suche nach einem Beweis für ihre physikalische Existenz ergebnislos gewesen [2].

Ein Team, angeführt von David Sobral vom Institute of Astrophysics and Space Sciences, der Faculty of Sciences der Universität Lissabon in Portugal und der Sternwarte Leiden in den Niederanden, nutzten nun das Very Large Telescope (VLT) der ESO um eine Phase in der Gesichte des Universums, die man als Reionisationsepoche bezeichnet und die schätzungsweise 800 Millionen Jahre nach dem Urknall stattfand, genauer unter die Lupe zu nehmen. Anstatt sich bei ihren Beobachtungen nur auf einen kleinen Ausschnitt des Himmels zu beschränken, erweiterten sie den Beobachtungsbereich, um die umfangreichste Bestandsaufnahme weit entfernter Galaxien zu erstellen, die je angestrebt wurde.

Durchgeführt wurde die weitreichende Untersuchung mit dem VLT, mit dem W.-M.-Keck-Observatoriums, dem Subaru-Teleskop und dem Hubble-Weltraumteleskops von NASA und ESA. Das Team entdeckte – und bestätigte – eine große Zahl überraschend heller sehr junger Galaxien. Eine von ihnen, die als CR7 bezeichnet wird [3], entpuppte sich als ein außergewöhnlich seltenes Objekt und ist mit Abstand die hellste Galaxie, die je in dieser Phase des Universums beobachtet wurde [4]. Allein schon durch die Entdeckung von CR7 und anderen hellen Galaxien war die Untersuchung bereits ein voller Erfolg, eine weitere Inaugenscheinnahme lieferte allerdings zusätzliche überraschende Neuigkeiten:

Die Instrumente X-Shooter und SINFONI am VLT fanden starke Strahlung von ionisiertem Heliums in CR7, aber – und das war ausschlaggebend und überraschend zugleich – keinerlei Anzeichen schwerer Elemente in einem hellen Teil der Galaxie. Dies bedeutete, dass das Team den ersten brauchbaren Hinweis auf Haufen von Sternen der Population III, die ionisiertes Gas enthalten, innerhalb einer Galaxie im frühen Universum entdeckt hatte.

„Diese Entdeckung übertraf unsere anfänglichen Erwartungen, da wir nicht damit gerechnet hatten, eine solch helle Galaxie zu finden“, erklärt David Sobral. „Dann, als wir das Wesen von CR7 Stück für Stück enthüllten, verstanden wir, dass wir nicht nur die mit Abstand leuchtkräftigste entfernte Galaxie gefunden hatten, sondern begannen auch zu realisieren, dass sie jedes einzelne Merkmal besaß, das man von Sternen der Population III erwartet. Das sind diejenigen Sterne, die die ersten schweren Atome gebildet haben, aufgrund welcher wir letztlich überhaupt existieren. Noch aufregender geht es wirklich nicht.“

Innerhalb von CR7 wurden blauere und etwas rötlichere Sternhaufen gefunden, die darauf hinweisen, dass die Entstehung von Sternen der Population III – wie vorhergesagt – in Wellen stattfand. Bei dem, was das Team direkt beobachten konnte, handelte es sich um die letzte Welle von Population III-Sternen, was darauf hindeutet, dass solche Sterne einfacher zu finden sein sollten, als ursprünglich gedacht: Sie befinden sich inmitten normaler Sterne in helleren Galaxien und nicht nur in den frühesten, kleinsten und dunkelsten Galaxien, die so lichtschwach sind, dass sie nur sehr schwer zu beobachten sind.

Jorryt Matthee, Zweitautor der Veröffentlichung, in der die Ergebnisse präsentziert werden, erläutert abschließend: „Ich habe mich immer gefragt, woher wir stammen. Schon als Kind wollte ich wissen, wo die Elemente herkommen: das Kalzium in meinen Knochen, der Kohlenstoff in meinen Muskeln, das Eisen in meinem Blut. Ich fand heraus, dass diese zum ersten Mal gleich zu Beginn des Universum von der ersten Generation an Sternen gebildet wurden. Bemerkenswerterweise sehen wir mit dieser Entdeckung solche Objekte tatsächlich zum ersten Mal.“

Um Zweifel daran, dass das, was beobachtet wurde, Sterne der Population III sind, auszuräumen und nach weiteren Exemplaren zu suchen und sie zu identifizieren, sind weitere Beobachtungen mit dem VLT, ALMA und dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA geplant.

Endnoten


[1] Der Name Population III kam auf, weil Astronomen die Sterne der Milchstraße bereits in Sterne der Population I (Sterne wie die Sonne, die reich an schwereren Elementen sind die galaktische Scheibe bilden) und Population II (ältere Sterne mit einem geringen Anteil schwerer Elemente, wie sie in Bulge und Halo der Milchstraße und in Kugelsternhaufen zu finden sind) unterteilt haben.


[2] Solche Sterne zu finden, ist sehr schwierig: Sie hätten nur eine extrem kurze Lebensdauer und hätten bereits zu einer Zeit geleuchtet, als das Universum größtenteils lichtundurchlässig war. Bisherige Forschungsergebnisse beinhalten Nagao, et al., 2008, die kein ionisiertes Helium nachweisen konnten, De Breuck et al., 2000, die ionisiertes Helium neben Kohlenstoff und Sauerstoff, sowie klare Charakteristika eines aktiven Galaxienkerns entdeckt haben und Cassata et al., 2013, die zwar ionisiertes Helium gefunden haben, allerdings neben Kohlenstoff und Sauerstoff und nur mit einer sehr geringen Äquivalentbreite bzw. schwachen Intensität.


[3] Der Spitzname CR7 ist eine Abkürzung für COSMOS Redshift 7, ein Maß für die Entfernung bezogen auf das kosmische Alter. Je höher die Rotverschiebung, desto weiter ist die Galaxie entfernt und desto weiter zurück in der Geschichte des Universums ist sie beobachtbar. A1689-zD1, eine der ältesten Galaxien, die je beobachtet wurde, hat beispielsweise eine Rotverschiebung von 7,5.

Der Name wurde von dem bekannten portugiesischen Fußballer Christiano Ronaldo inspiriert, der als CR7 bekannt ist.


[4] CR7 ist dreimal so hell wie der vorherige Rekordhalter, Himiko, den man für einzigartig hielt. Staubreiche Galaxien aus späteren Stadien der Entwicklung des Universums können zwar insgesamt deutlich mehr Energie aussenden als CR7, allerdings in Form von Wärmestrahlung des in Ihnen enthaltenen Staubes. Die von CR7 ausgesendete Strahlung dagegen stammt im Wesentlichen aus dem Ultravioletten bzw. aus dem sichtbaren Licht.


[5] Das Team zog zwei alternative Theorien in Erwägung: Dass die Quelle des Lichts entweder aus einem AGN oder von Wolf-Rayet-Sternen stammt. Das Fehlen schwerer Elemente und anderer Hinweise widerlegte jedoch diese Theorien. Das Team hielt es auch für möglich, dass es sich bei der Quelle um ein direkt kollabiertes Schwarzes Loch handelt, die wiederum außergewöhnlich exotisch und rein theoretischer Natur sind. Dass eine breite Emissionslinie fehlt und die Helligkeiten von Wasserstoff und Helium größer sind als für ein solches Schwarzes Loch, deutet darauf hin, dass dies ebenfalls unwahrscheinlich ist. Das Fehlen von Röntgenstrahlung würde diese Möglichkeit weiter widerlegen. Hierfür sind jedoch zusätzliche Beobachtungen notwendig.

Weitere Informationen

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse von D. Sobral et al. erscheinen demnächst unter dem Titel ”Evidence for PopIII-like stellar populations in the most luminous Lyman-α emitters at the epoch of re-ionisation: spectroscopic confirmation“ in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal.

Die beteiligten Wissenschaftler sind David Sobral (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal; Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal; Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden, Niederlande), Jorryt Matthee (Sterrewacht Leiden), Behnam Darvish (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, USA), Daniel Schaerer (Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Schweiz; Centre National de la Recherche Scientifique, IRAP, Toulouse, Frankreich), Bahram Mobasher (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, USA), Huub J. A. Röttgering (Sterrewacht Leiden), Sérgio Santos (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa; Departamento de Física, Universidade de Lisboa, Portugal) und Shoubaneh Hemmati (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. 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 verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

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-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528 226
E-Mail: eson-germany@eso.org

David Sobral
Universidade de Lisboa and Leiden University
Lisbon / Leiden, Portugal / The Netherlands
Tel: +351 916 700 769
E-Mail: sobral@iastro.pt

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-Mail: rhook@eso.org

João Retrê
Coordinator, Science Communication and Outreach Office, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço
Lisbon, Portugal
Tel: +351 21 361 67 49
E-Mail: jretre@iastro.pt

Connect with ESO on social media
Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1524.

Dr. Carolin Liefke | ESO-Media-Newsletter
Weitere Informationen:
http://www.eso.org/public/germany/news/eso1524/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Optische Technologien für schnellere Computer / „Licht“ mit Wespentaille
16.08.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Sternenstaub reist häufiger in Meteoriten mit als gedacht
15.08.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Filterschutz fürs Gehirn: Weniger Schlaganfälle bei Herzklappenersatz-OP

17.08.2017 | Medizintechnik

Magenkrebs: Auch Bakterien können Auslöser sein

17.08.2017 | Biowissenschaften Chemie