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Kosmische Schwarzlichtlampe: UV-Strahlung bringt unsichtbare Galaxien zum Leuchten

Forscher aus Zürich haben durch den gleichen Effekt wie bei einer Schwarzlichtlampe potenziell dunkle, sternlose Galaxien identifiziert und wollen so eine Lücke in der Evolutionstheorie unseres Universums schließen.
Das Muse-Spektrometer im Einsatz. Die gelben Lichtstrahlen sind Natrium-Laser, welche nicht etwa Galaxien zum Leuchten bringen, sondern benutzt werden, um die aufgenommenen Bilder für Turbulenzen in der Erdatmosphäre zu korrigieren.

Ein Forscherteam hat neue Hinweise auf Galaxien ohne Sterne – also dunkle Galaxien – im frühen Universum gefunden. Dabei nutzte es den gleichen Effekt wie beim Schwarzlicht aus: Der freie Wasserstoff in den dunklen Galaxien, aus dem später die ersten Sterne einer Galaxie entstehen, fluoresziert unter dem UV-Licht naher Quasare. Bisherige Messungen in engen Wellenlängenbereichen ließen nur vermuten, dass potenzielle Galaxien dieser Art dunkel sind. Durch ein neues Instrument zeigte nun die Messung in einem breiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, dass die beobachteten Galaxien wirklich keine Sterne enthalten. Der Nachweis der dunklen Galaxien würde das aktuelle Verständnis der Galaxienentstehung stützen und eine Lücke in der Evolution von Galaxien schließen.

Die Arbeitsgruppe von Raffaella Anna Marino von der ETH Zürich beschreibt im »Astrophysical Journal«, wie sie Daten des MUSE-Spektrometers nutzte. Das Spektrometer, das seit 2014 bei der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile im Einsatz ist, liefert einerseits große, hochauflösende Bilder und nimmt andererseits die Spektren der Lichtquellen präzise auf. Andere Instrumente sind für die Suche nach dunklen Galaxien ungeeignet, da diese nur auf einem engen Frequenzband messen und viele alternative Erklärungen für die Beobachtungen nicht ausschließen könnten. MUSE soll in den nächsten Jahren noch weitere Rätsel rund um die Galaxienentstehung lösen und zum Beispiel die Umgebung von supermassiven Schwarzen Löchern in unseren Nachbargalaxien untersuchen.

Gängige Modelle zur Galaxienentstehung sagen Galaxien vorher, in denen noch keine Sterne leuchten, sondern in denen es hauptsächlich Wasserstoffgas gibt. Aus diesem Gas entstehen dann später die ersten Sterne einer Galaxie. Auch in Universen, die von Supercomputern simuliert werden, findet man dunkle Galaxien als frühe Entwicklungsstufe. Nun gibt es erstmals Beobachtungsdaten potenzieller dunkler Galaxien, die diese Simulationen stützen. Laut Messungen des Teams entstanden die dunklen Galaxien schon 1,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall, etwa eine Milliarde Jahre früher als alle bisherigen Kandidaten für dunkle Galaxien. Die Beobachtungen reihen sich in die Erfolgsgeschichte der bestehenden Theorien der Galaxienentstehung und der Kosmologie ein, da hiermit nun ein starker Hinweis vorliegt, ein bisher vorhergesagtes Stadium der frühen Galaxienentwicklung auch in freier Wildbahn gesichtet zu haben.

23/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 23/2018

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