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Kosmologie: Rote Galaxien im Sternbild Löwe

Ein internationales Astronomen-Team entdeckte den bisher entferntesten Haufen roter Galaxien im Sternbild Löwe. Dank neuer Aufnahmetechnik ist nun klar zu erkennen, was vorher übersehen wurde.
Himmelskarte der Galaxiendichte der neuentdeckten Haufen

Begleitet von unserem roten Nachbarplaneten Mars ziert das Sternbild Löwe derzeit den Nachthimmel. Bisher unbemerkt befinden sich in diesem Sternbild 29 rote Galaxien in einem Haufen, der mit 10,5 Milliarden Lichtjahren allerdings sehr viel weiter als der Mars entfernt ist. Diese Entfernung bedeutet, dass das Universum gerade einmal drei Milliarden Jahre alt war, als sich das Licht der Galaxien zu uns auf den Weg machte.

Infrarotbild des neuentdeckten Galaxienhaufens
Infrarotbild des neuentdeckten Galaxienhaufens | Ein Infrarotbild des neuentdeckten Galaxienhaufens in Falschfarben. Verschiedene Infrarotaufnahmen wurden in diesem Bild kombiniert, um die roten Galaxien in 10,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung hervorzuheben. Die Animation zeigt einen direkten Vergleich zwischen den neuen Aufnahmen und vorherigen Bildern des Weltraumteleskops Hubble.
Die Entdeckung gelang einer Gruppe von Astronomen aus Australien, den USA und den Niederlanden dank neuer Kameras und besonderer Filtertechniken. Die untersuchte Himmelsgegend war zuvor schon mit verschiedenen bodengebundenen Teleskopen und fast 1000 Stunden mit dem Weltraumteleskop Hubble beobachtet worden, doch der nun entdeckte Galaxienhaufen war bislang nicht aufgefallen. Die Wissenschaftler setzten eine eigens neu entwickelte Infrarot-Kamera mit hoher Empfindlichkeit ein. Sie verwendeten fünf spezielle Bandpassfilter für das nahe Infrarot. Somit kann dieses Instrument die Distanzen zu mehreren Tausend Galaxien gleichzeitig sehr exakt vermessen: Das Licht weit entfernter Galaxien lässt sich durch die Ausdehnung des Universums und die damit verbundene Rotverschiebung vor allem im Infraroten nachweisen. Die Astronomen beobachteten mit der neuen Infrarotkamera namens "FourStar" am Magellan-Baade-Teleskop, das sich am Las Campanas Observatorium in Chile befindet und einen Spiegeldurchmesser von 6,5 Metern aufweist.

Mit der neuen Aufnahmetechnik können die Astronomen schneller als bisher eine dreidimensionale Karte des jungen Universums erstellen. Die jetzt im Astrophysical Journal Letters vorgestellten Ergebnisse sind nur der Anfang einer größeren Himmelsdurchmusterung, der "FourStar Galaxy Evolution Survey", kurz "Z-FOURGE". Sie soll das Verständnis von der Entwicklung und Entstehung von Galaxienhaufen und der einzelnen Galaxien darin verbessern. Insgesamt drei Felder in bereits durch lange Belichtungen erkundeten Himmelsarealen stehen auf der Liste der Forscher: das im Röntgenlicht beobachtete "Chandra Deep Field South", das im Infraroten belichtete "Ultra Deep Survey Field" und das mit dem Weltraumteleskop Hubble untersuchte COSMOS-Feld.

Für die Neuentdeckung erstellte das Forscherteam Aufnahmen eines quadratischen Himmelsareals mit einer Seitenlänge von einem Drittel des Vollmonddurchmessers im COSMOS-Feld. Mit jedem der fünf Infrarotfilter beobachteten die Wissenschaftler 41 Stunden. Aus der Helligkeit der Galaxien in den fünf verschiedenen Bildern leiteten sie die Rotverschiebung und damit die Entfernung aller Welteninseln ab. Die genaue Analyse der räumlichen Verteilung der Galaxien mit einer Rotverschiebung von 2,2 brachte dann das Unerwartete ans Licht: Drei stark konzentrierte Anhäufungen traten klar aus dem Hintergrundrauschen hervor. In deren Zentralbereichen befinden sich insgesamt 29 einzelne rote Galaxien, zwischen 7 und 13 pro Haufen. In keiner vorherigen Aufnahme dieses Himmelsareals waren diese aufgefallen. "Die hervorragende Bildqualität des Magellan-Teleskops und die Empfindlichkeit der FourStar-Kamera schlagen hier zu Buche." sagt Ivo Labbé, wissenschaftlicher Leiter der Z-FOURGE-Durchmusterung. Im direkten Vergleich der Hubble-Bilder und der neuen Aufnahmen springen die neuentdeckten Galaxien geradezu ins Auge.

Mit den aktuellen Ergebnissen ist noch nicht vollständig sicher, dass die drei nachgewiesenen Anhäufungen von Galaxien einen echten Haufen bilden, der von der Gravitation der Welteninseln und der umgebenden Dunklen Materie zusammengehalten wird. Weitere spektroskopische Beobachtungen sollen diese Frage durch die genauere Bestimmung der Entfernungen und Geschwindigkeiten der Einzelgalaxien klären. Sollte sich herausstellen, dass mehrere der Haufen räumlich zusammenhängen, so besteht die Möglichkeit, dass die Astronomen junge, miteinander verschmelzende Galaxienhaufen abgelichtet haben. Es könnte sich um ein System handeln, das kosmologisch zwischen den Vorstufen im sehr jungen Universum und den weiter entwickelten Strukturen steht. Das neuentdeckte System ist ein kosmischer Modellfall, aus dessen Untersuchung die Wissenschaftler mehr über die Entstehung von Galaxienhaufen und die Evolution einzelner Galaxien in diesen Strukturen erfahren können.

Die Z-FOURGE-Durchmusterung steht gerade erst an ihrem Anfang. Bis heute sind erst 60 Prozent aller Aufnahmen gemacht und die Auswertung der bisherigen Messdaten geht weiter. "Wir freuen uns auf viele weitere aufregende und unerwartete Entdeckungen!", so Labbé.

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