Frühes Universum

So jung und schon so massereich

Von Jan Hattenbach
20.03.2021
, 14:01
Ausschnitt aus dem Himmelsareal „Deep Field/GOODS North“ des Weltraumteleskops Hubble: Der Bereich zeigt Galaxien in einer Entfernung von rund zwölf Milliarden Lichtjahren.
Astronomen haben den bislang größten Haufen junger Galaxien am Rande des Universums aufgespürt. Die Objekte spiegeln den Zustand unserer Milchstraße vor 12,5 Milliarden Jahren.
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Am Rand des beobachtbaren Universums haben Astronomen einen Galaxienhaufen entdeckt, dessen Licht rund 12,5 Milliarden Jahre unterwegs zu uns war. Als es sich auf den Weg machte, hatte das Universum damit gerade einmal zehn Prozent seines heutigen Alters erreicht. Die entdeckten Galaxien zeigen sich den Forschern daher in einem Zustand, in dem auch unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, vor entsprechend langer Zeit war. Das berichtet Rosa Calvi vom spanischen Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) nun in den „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“. Wie Calvi und ihre Kollegen schreiben, handelt es sich um den größten und am dichtesten besiedelten Galaxienhaufen, der bislang im jungen Universum entdeckt worden ist. Er bietet ihnen eine einmalige Chance, die Entwicklung eines Galaxienhaufens in seiner Frühphase zu untersuchen.

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Galaxien sind Ansammlungen von Milliarden Sternen, die in gewaltige Gas- und Staubwolken eingebettet sind. Aus den Gaswolken bilden sich im Laufe der Zeit neue Sterne. Sie sind die Grundbausteine des Universums; auch das Sonnensystem ist Teil einer Galaxie, der Milchstraße. Diese wiederum bildet mit einigen Dutzend weiteren Galaxien die sogenannte „lokale Galaxiengruppe“, die ihrerseits Teil des viel größeren Jungfrau-Galaxienhaufens ist, benannt nach dem Sternbild, in dessen Richtung das Zentrum dieses Haufens liegt.

Dörfer und Städte im Universum

Wenn man so will, sind Galaxiengruppen die „Dörfer“, Galaxienhaufen die „Städte“ in diesem von klein nach groß organisierten Kosmos. Astronomen beobachten diesen hierarchischen Aufbau praktisch überall. Eine bislang offene Frage ist, wie es zu dieser universalen Grundstruktur gekommen ist und wie sich die „Galaxienstädte“ im Laufe der Zeit entwickelt haben. Dabei kommt ihnen die endliche Lichtlaufzeit zur Hilfe: Je weiter sie in das Weltall hinausschauen, desto länger war das Licht der gesichteten Objekte unterwegs, und desto weiter blicken die Teleskope in die Vergangenheit zurück.

Die Kreise in dieser Aufnahme markieren einige der fernen Galaxien, die zum 12,5 Milliarden Jahre alten Galaxienhaufen gehören.
Die Kreise in dieser Aufnahme markieren einige der fernen Galaxien, die zum 12,5 Milliarden Jahre alten Galaxienhaufen gehören. Bild: Nasa/Esa, Daniel López/IAC

Der nun untersuchte Galaxienhaufen gruppiert sich um eine besonders massereiche Galaxie namens HDF850.1. Diese wurde bereits 1998 entdeckt und weckte bald die Aufmerksamkeit der Astronomen: In ihren Gaswolken entstehen pro Jahr neue Sterne von insgesamt rund 850 Sonnenmassen – in unserer Milchstraße kommen die jährlich neu produzierten Sterne zusammen gerade mal auf eine Sonnenmasse. Als im Jahr 2012 ihre enorme Entfernung bestimmt werden konnte, lieferte HDF850.1 den Beleg, dass das Universum offenbar keine Zeit verloren hat, sehr bald nach der Bildung der ersten Galaxien Sterne in großer Zahl zu produzieren. Die geringe Sternentstehungsrate der Milchstraße ist dagegen typisch für eine alte, in ihrer Entwicklung weit fortgeschrittene Galaxie.

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Zonen unterschiedlicher Entwicklungsstadien

HDF850.1 und die sie umgebenen Galaxien befinden sich in einem Astronomen wohlvertrauten Himmelsareal, dem sogenannten Hubble Deep Field/GOODS North – einer der „tiefsten“ Himmelsaufnahmen, die jemals vom Weltraumteleskop Hubble erstellt worden ist. Die Astronomen um Calvi nutzen das mit einem Spiegeldurchmesser von mehr als zehn Metern zu den größten Teleskopen der Welt zählende „Gran Telescopio Canarias“ (Grantecan) auf der Kanareninsel La Palma und den vor wenigen Jahren installierten Spektrographen Osiris, um die physikalischen Eigenschaften der extrem lichtschwachen Galaxien zu untersuchen.

Die aus den Spektren gewonnenen Daten zeigen, dass der ferne Galaxienhaufen selbst eine Unterstruktur besitzt. Er besteht offenbar aus mehreren Zonen in unterschiedlichen Stadien der Entwicklung. „Wir sehen die Galaxienstadt praktisch im Zustand ihrer Konstruktion vor zwölfeinhalb Milliarden Jahren“, erklärt Helmut Dannerbauer vom IAC und Ko-Autor der Studie. „Auf diese Weise können wir die Jugendphase eines Galaxienhaufens beobachten, wie sie auch die heutigen Galaxienhaufen im lokalen Universum durchlebt haben.“ Die Forscher glauben, dass sich der von ihnen entdeckte Haufen im Laufe von Milliarden Jahren zu einer Struktur wie dem Jungfrau-Haufen entwickeln wird.

Untersuchungen wie diese gehören zur technologischen und wissenschaftlichen Avantgarde der modernen Astronomie. „Ohne die Leistungsfähigkeit von Osiris und die große Lichtsammelfähigkeit des Grantecan wäre diese Entdeckung nicht möglich gewesen“, meint Stefan Geier vom IAC. Derzeit sind Teleskope mit Spiegeldurchmessern von bis zu 39 Metern in Planung oder bereits im Bau, die die Fähigkeiten der Astronomen zur Untersuchung des frühen Kosmos weiter steigern sollen.

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Quelle: F.A.Z.
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