Bildnachweis: Hubble
Ein internationales Team von Astronomen hat Beweise dafür gesammelt, dass sich Galaxien nach dem Urknall sehr schnell gebildet haben. Dies bedeutet, dass sie nur 1,5 Milliarden Jahre alt sind, eine Zeit, in der das Universum nur 10% seines gegenwärtigen Alters betrug. Es wird angenommen, dass sich diese Cluster so schnell gebildet haben, weil diese Bereiche unglaublich dicht mit Material waren.
In einer Zeit von fast 9 Milliarden Jahren fand ein internationales Team von Astronomen reife Galaxien in einem jungen Universum. Die Galaxien sind Mitglieder einer Gruppe von Galaxien, die existierten, als das Universum nur 5 Milliarden Jahre alt war oder ungefähr 35 Prozent seines gegenwärtigen Alters. Dieser überzeugende Beweis dafür, dass sich Galaxien unmittelbar nach dem Urknall gebildet haben müssen, wurde durch Beobachtungen desselben Astronomenteams gestützt, als sie noch weiter in die Vergangenheit blickten. Das Team fand embryonale Galaxien nur 1,5 Milliarden Jahre nach der Geburt des Kosmos oder 10 Prozent des gegenwärtigen Alters des Universums. Die „Baby-Galaxien“ befinden sich in einem sich noch entwickelnden Cluster, dem entferntesten Proto-Cluster, der jemals gefunden wurde.
Die Advanced Camera for Surveys (ACS) an Bord des Hubble-Weltraumteleskops der NASA wurde verwendet, um den massiven Cluster RDCS 1252.9-2927 und den Proto-Cluster TN J1338-1942 zu beobachten. Beobachtungen des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA ergaben den Gehalt an Masse und schweren Elementen von RDCS 1252, dem massereichsten bekannten Cluster für diese Epoche. Diese Beobachtungen sind Teil einer koordinierten Anstrengung des ACS-Wissenschaftsteams, die Bildung und Entwicklung von Galaxienhaufen über einen weiten Bereich der kosmischen Zeit zu verfolgen. Das ACS wurde speziell für Studien solcher entfernter Objekte gebaut.
Diese Ergebnisse stützen ferner Beobachtungen und Theorien, dass sich Galaxien relativ früh in der Geschichte des Kosmos gebildet haben. Die Existenz solcher massiven Cluster im frühen Universum stimmt mit einem kosmologischen Modell überein, bei dem sich Cluster aus der Verschmelzung vieler Subcluster in einem von kalter dunkler Materie dominierten Universum bilden. Die genaue Natur der kalten dunklen Materie ist jedoch noch nicht bekannt.
Die erste Hubble-Studie schätzte, dass Galaxien in RDCS 1252 vor mehr als 11 Milliarden Jahren den größten Teil ihrer Sterne bildeten (bei Rotverschiebungen von mehr als 3). Die Ergebnisse wurden in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 20. Oktober 2003 veröffentlicht. Der Hauptautor des Papiers ist John Blakeslee von der Johns Hopkins University in Baltimore, Md.
Die zweite Hubble-Studie deckte zum ersten Mal einen Proto-Cluster von „Säuglingsgalaxien“ auf, der vor mehr als 12 Milliarden Jahren existierte (bei Rotverschiebung 4.1). Diese Galaxien sind so jung, dass Astronomen immer noch sehen können, wie sich in ihnen Sterne bilden. Die Galaxien sind um eine große Galaxie gruppiert. Diese Ergebnisse werden in der Nature-Ausgabe vom 1. Januar 2004 veröffentlicht. Der Hauptautor des Papiers ist George Miley vom Leiden Observatory in den Niederlanden.
"Bis vor kurzem glaubten die Menschen nicht, dass Cluster existieren, als das Universum nur etwa 5 Milliarden Jahre alt war", erklärte Blakeslee.
„Selbst wenn es solche Cluster gäbe“, fügte Miley hinzu, „dachten Astronomen bis vor kurzem, es sei fast unmöglich, Cluster zu finden, die vor 8 Milliarden Jahren existierten. Tatsächlich wusste niemand wirklich, wann das Clustering begann. Jetzt können wir es sehen. “
Beide Studien führten die Astronomen zu dem Schluss, dass diese Systeme die Vorläufer der heute beobachteten Galaxienhaufen sind. "Der Cluster RDCS 1252 sieht aus wie ein heutiger Cluster", sagte Marc Postman vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md., Und Mitautor beider Forschungsarbeiten. "Wenn Sie es neben einen heutigen Cluster stellen würden, würden Sie nicht wissen, welcher welcher ist."
Eine Geschichte von zwei Clustern
Wie können Galaxien nach dem Urknall so schnell wachsen? "Es ist ein Fall, in dem die Reichen immer reicher werden", sagte Blakeslee. "Diese Cluster wuchsen schnell, weil sie sich in sehr dichten Regionen befinden. Es gibt also genug Material, um die Mitgliedsgalaxien sehr schnell aufzubauen."
Diese Idee wird durch Röntgenbeobachtungen des massiven Clusters RDCS 1252 gestärkt. Chandra und XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation lieferten den Astronomen die bislang genauesten Messungen der Eigenschaften einer riesigen heißen Gaswolke, die den massiven Cluster durchdringt. Dieses Gas von 70 Millionen Grad Celsius (160 Millionen Grad Fahrenheit) ist ein Reservoir der meisten schweren Elemente im Cluster und ein genauer Indikator für seine Gesamtmasse. Ein Artikel von Piero Rosati vom European Southern Observatory (ESO) und Kollegen, der die Röntgenbeobachtungen von RDCS 1252 vorstellt, wird im Januar 2004 im Astronomical Journal veröffentlicht.
"Chandras scharfe Sicht löste die Form des Heißgashalos auf und zeigte, dass RDCS 1252 für sein Alter sehr ausgereift ist", sagte Rosati, der den Cluster mit dem ROSAT-Röntgenteleskop entdeckte.
RDCS 1252 kann viele tausend Galaxien enthalten. Die meisten dieser Galaxien sind jedoch zu schwach, um entdeckt zu werden. Aber die mächtigen „Augen“ des ACS zeigten mehrere hundert von ihnen. Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) von ESO lieferten eine genaue Messung der Entfernung zum Cluster. Mit dem ACS konnten die Forscher die Formen und Farben der 100 Galaxien genau bestimmen und Informationen über das Alter der in ihnen lebenden Sterne liefern. Das ACS-Team schätzte, dass die meisten Sterne im Cluster bereits gebildet wurden, als das Universum etwa 2 Milliarden Jahre alt war. Röntgenbeobachtungen zeigten außerdem, dass 5 Milliarden Jahre nach dem Urknall das umgebende heiße Gas mit schweren Elementen dieser Sterne angereichert und von den Galaxien weggefegt worden war.
Wenn die meisten Galaxien in RDCS 1252 ihre Reife erreicht haben und sich in einem ruhigen Erwachsenenalter niederlassen, befinden sich die sich bildenden Galaxien im fernen Proto-Cluster in ihrer energetischen, widerspenstigen Jugend.
Der Proto-Cluster TN J1338 enthält eine massive embryonale Galaxie, die von kleineren sich entwickelnden Galaxien umgeben ist, die im Hubble-Bild wie Punkte aussehen.
Die dominierende Galaxie produziert spektakuläre funkemittierende Jets, die von einem supermassiven Schwarzen Loch tief im Kern der Galaxie angetrieben werden. Die Wechselwirkung zwischen diesen Jets und dem Gas kann einen Strom der Sterngeburt stimulieren.
Die Entdeckung der energetischen Radiogalaxie durch Radioteleskope veranlasste die Astronomen, nach den kleineren Galaxien zu suchen, die den größten Teil des Clusters ausmachen.
"Massive Cluster sind die Städte des Universums, und die Radiogalaxien in ihnen sind die Schornsteine, mit denen wir sie finden können, wenn sie sich gerade erst bilden", sagte Miley.
Die beiden Ergebnisse unterstreichen die Fähigkeit, Beobachtungen von vielen verschiedenen Teleskopen zu kombinieren, die Ansichten des fernen Universums in einem Wellenlängenbereich lieferten. Die fortschrittliche Kamera von Hubble lieferte wichtige Informationen zur Struktur der beiden entfernten Galaxienhaufen. Das Röntgenbild von Chandra und XMM-Newton lieferte die wesentlichen Messungen des Urgases, in das die Galaxien in RDCS 1252 eingebettet sind, sowie genaue Schätzungen der in diesem Cluster enthaltenen Gesamtmasse. Große bodengestützte Teleskope wie das VLT lieferten genaue Messungen der Entfernung beider Cluster sowie der chemischen Zusammensetzung der darin enthaltenen Galaxien.
Das ACS-Team führt weitere Beobachtungen entfernter Cluster durch, um unser Verständnis darüber zu festigen, wie sich diese jungen Cluster und ihre Galaxien in die Form der heutigen Dinge entwickeln. Ihre geplanten Beobachtungen umfassen die Verwendung von Beobachtungen im nahen Infrarot zur Analyse der Sternentstehungsraten in einigen der Zielcluster, einschließlich RDCS 1252, um die kosmische Geschichte der Sternentstehung in diesen massiven Strukturen zu messen. Das Team durchsucht auch die Regionen um mehrere ultra-entfernte Funkgalaxien nach zusätzlichen Beispielen für Proto-Cluster. Das ultimative wissenschaftliche Ziel des Teams ist es, ein vollständiges Bild der Clusterentwicklung zu erstellen, beginnend mit der Bildung in den frühesten Epochen und detailliert die Entwicklung bis heute.
Originalquelle: Hubble-Pressemitteilung
