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Eine Galaxie aus der Kinderstube des Universums

20.09.2012
Das Sternensystem MACS1149-JD1 entstand bereits weniger als 500 Millionen Jahre nach dem Urknall

Eine Galaxie aus der Kinderstube des Universums hat ein internationales Forscherteam mit maßgeblicher Beteiligung von Astrophysikern der Universität Heidelberg entdeckt. Die Galaxie mit dem Namen MACS1149-JD1 hat sich bereits weniger als 500 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet.

Sie ist damit die am weitesten entfernte Galaxie, die Wissenschaftler bisher beobachten konnten. Möglich wurde die Entdeckung mithilfe eines natürlichen Leuchtkraftverstärkers des Universums, auch „Gravitationslinse“ genannt. Die Forschungsergebnisse werden am 20. September 2012 in der Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht.

Das Universum entstand vor rund 13,7 Milliarden Jahren durch einen Urknall. Rund 400 bis 500 Millionen Jahre später ließen die Bedingungen im Kosmos die Bildung der ersten Sterne zu. „Eigentlich bestand kaum Hoffnung, Signale irgendeines Objekts aus dieser Epoche zu erhalten. Denn sollte es damals schon Galaxien gegeben haben, so wäre ihr Schein noch sehr viel schwächer als das Leuchten einer Kerze auf dem Mond. Kein Teleskop der Welt wäre derzeit in der Lage, ein solches Objekt zu entdecken“, erklärt Prof. Dr. Matthias Bartelmann vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH).

Der natürliche Leuchtkraftverstärker, mit dessen Hilfe die Galaxie jetzt entdeckt wurde, besteht aus einer Materieform, die als Dunkle Materie bezeichnet wird, da sie sich nur indirekt, zum Beispiel durch ihre anziehende Wirkung auf Licht, verrät. Besonders viel dieser Dunklen Materie befindet sich in Galaxienhaufen, in denen sich hunderte oder tausende Galaxien auf engstem Raum bewegen. Befindet sich ein solcher Galaxienhaufen mit seiner Dunklen Materie in einem bestimmten Abstand zur Erde, wirkt er wie ein Lupenglas – er vergrößert hinter ihm liegende Objekte und bündelt ihr Licht, so dass sie heller erscheinen. Genau dieser Effekt der Gravitationslinse ermöglichte nun die Entdeckung von MACS1149-JD1.
„Galaxien, die sich gerade in einer intensiven Phase der Sternentstehung befinden, weisen in ihrer spektralen Energieverteilung bestimmte unverwechselbare und charakteristische Abstufungen auf. Diese lassen sich aufspüren, indem eine Galaxie mit einem Teleskop durch verschiedene Filter beobachtet wird“, sagt Dr. Adi Zitrin, der der Arbeitsgruppe von Prof. Bartelmann angehört. Allerdings verschieben sich diese Abstufungen auf ebenso charakteristische Weise, je nachdem, welche Entfernung eine Galaxie von der Erde hat. Im Fall von MACS1149-JD1 hat diese Verschiebung, die sogenannte Rotverschiebung, einen Wert von 9,6. Dies entspricht nach Angaben der Heidelberger Wissenschaftler einer Entfernung, die Licht in 13,2 Milliarden Jahren zurückgelegt hat.

Entscheidende Hinweise, die zur Entdeckung von MACS1149-JD1 führten, lieferte eine am ZAH mit entwickelte Analysemethode. Dabei messen die Heidelberger Wissenschaftler die Verformung der Teleskop-Bilder von weit hinter den Galaxienhaufen liegenden Galaxien, die durch die in diesen Galaxienhaufen selbst geballt, aber unsichtbar vorhandene Dunkle Materie hervorgerufen wird. Im Fall des Galaxienhaufen MACS1149+22 konnten die Wissenschaftler insgesamt sieben Hintergrundgalaxien entdecken, deren Bild durch die Gravitationskraft des Galaxienhaufens verstärkt, verzerrt und in 23 Mehrfachbilder aufgespaltet wurde. Daraus ließ sich vorhersagen, wo sich eine leuchtkraftverstärkte Galaxie bei einer Rotverschiebung von 9,6 befinden müsste. Die Wissenschaftler konnten daraus schließen, dass die Galaxie MACS1149-JD1 bereits 490 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden ist.

Grundlage für die Forschungsarbeiten bildeten Aufnahmen des Weltraumteleskop Hubble, das seit 2010 bestimmte Galaxienhaufen intensiv beobachtet. An den Untersuchungen unter Leitung von Prof. Dr. Wei Zheng von der Johns Hopkins University in Baltimore (USA) haben Forscherteams aus Chile, China, Dänemark, Deutschland, Großbritannien, Italien, den Niederlanden, Spanien, Taiwan und den USA mitgewirkt. Von deutscher Seite wird dieses Projekt durch die Baden-Württemberg Stiftung unterstützt, indem sie Mittel für den wissenschaftlichen Austausch beteiligter Spitzenwissenschaftler zur Verfügung stellt.

Hinweis an die Redaktionen:
Digitales Bildmaterial ist in der Pressestelle erhältlich.

Originalveröffentlichung:
W. Zheng, M. Postman, A. Zitrin, J. Moustakas, X. Shu, S. Jouvel, O. Host, A. Molino, L. Bradley, D. Coe, L. A. Moustakas, M. Carrasco, H. Ford, N. Benitez, T. R. Lauer, S. Seitz, R. Bouwens, A. Koekemoer, E. Medezinski, M. Bartelmann, T. Broadhurst, M. Donahue, C. Grillo, L. Infante, S. W. Jha, D. D. Kelson, O. Lahav, D. Lemze, P. Melchior, M. Meneghetti, J. Merten, M. Nonino, S. Ogaz, P. Rosati, K. Umetsu, A. van der Wel: A highly magnified candidate for a young galaxy seen when the Universe was about 500 Myr old, Nature (20 September 2012), doi10.1038/nature11446

Kontakt:
Prof. Dr. Matthias Bartelmann, Dr. Adi Zitrin
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH)
Telefon (06221) 54-4817/-8987
bartelmann@uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

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