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Gravitationslinsen: Ferne Galaxienverschmelzung unter der Lupe

Forscher untersuchten eine ferne Strahlungsquelle, die in ihrer Helligkeit durch eine Gravitationslinse im Vordergrund drastisch verstärkt wird. Mit Hilfe von Beobachtungen bei unterschiedlichen Wellenlängen stellten sie fest, dass es sich bei ihr um ein System von verschmelzenden Galaxien mit einer hohen Sternentstehungsrate handelt.
Ferne Galaxienverschmelzung

Astronomen glauben, dass es sich bei einer Vielzahl von fernen Galaxien, die hohe Leuchtkräfte bei Wellenlängen unterhalb von einem Millimeter aufweisen, um Systeme handelt, die sich in einer aktiven Entwicklungsphase mit erhöhter Sternentstehungsrate befinden. Diese Population wird auch als Submillimeter-Galaxien (SMGs) bezeichnet. Die Mechanismen, die für die Aktivität verantwortlich sind, sind jedoch nicht hinlänglich geklärt und Gegenstand aktueller Forschung. Ihre Untersuchung ist aufgrund ihrer Entfernung und der begrenzten Auflösungen jedoch schwierig.

Gravitationslinse | Massenansammlungen zwischen dem Beobachter und der Strahlungsquelle verbiegen ähnlich wie otptische Linsen Lichtpfade und können die Bilder in ihrer Gesamthelligkeit verstärken.

Der Gravitationslinseneffekt kann dabei behilflich sein. Eine große Massenansammlung im Vordergrund – etwa eine Galaxie oder ein Galaxienhaufen – krümmt die Raumzeit und verbiegt Lichtpfade von dahinter liegenden Quellen. Dabei werden die Bilder der Hintergrundobjekte in ihrer Helligkeit verstärkt und oftmals wie durch eine Linse so verzerrt, dass sie sich genauer untersuchen lassen. Dies ist aber nur in speziellen Fällen der Fall, wenn der Beobachter, die Gravitationslinse und die Strahlungsquelle auf nahezu einer Linie liegen. Deswegen sind solche Konfigurationen sehr selten und schwer zu finden. In den letzten Jahren entwickelten Astronomen mit Hilfe von Himmelsdurchmusterungen und Nachbeobachtungen solcher Objekte Kriterien, mit denen sich solche Gravitationslinsen verhältnismäßig zuverlässig identifizieren lassen.

Ein solches Objekt nahm nun eine internationale Forschergruppe um Hugo Messias von der Universität von Conceptión in Chile unter die Lupe. Die Quelle mit dem Kurznamen H1429-0028, dessen Licht rund acht Milliarden Jahre brauchte, um die Erde zu erreichen, wurde im Rahmen einer Durchmusterung mit dem Weltraumteleskop Herschel entdeckt und infolgedessen in einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen beobachtet. Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass es sich bei ihr um ein System aus zwei verschmelzenden Galaxien handelt. Die Masse des Gesamtsystems schätzen die Astronomen mit Hilfe der Strahlungsverteilung bei unterschiedlichen Frequenzen auf rund 130 Milliarden Sonnenmassen. Beobachtung einer Kohlenmonoxid-Emissionslinie mit dem Observatorium ALMA zeigen zudem bei einer der beiden Komponenten Anzeichen für Rotation.

Des Weitern zeigten Modellrechnungen der Forscher, dass es sich bei der Gravitationslinse, die das Licht der Quelle um einen Faktor zwischen acht und zehn verstärkt, um eine Scheibengalaxie im Vordergrund in einer Entfernung von rund drei Milliarden Lichtjahren handelt. Die Beobachtungskampagne verdeutlicht damit eindrucksvoll, wie der Gravitationslinseneffekt in Kombination mit Beobachtungen bei unterschiedlichen Wellenlängen die physikalischen Eigenschaften ferner Galaxien entschlüsseln können.

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