Ein neuer Blick auf den Baby-Boom im All

 So sieht es aus, wenn eine Galaxie als Gravitationslinse fungiert: Die Galaxie selbst (hier in einer Aufnahme des Hubble-Teleskops, blau) erscheint in der Mitte eines Rings aus Licht, bei dem es sich um die abgelenkte und verstärkte Strahlung der weit entfernten Galaxie handelt (rot, aus den ALMA-Daten). Bild: Vieira et al., ALMA (ESO, NAOJ, NRAO), NASA, NRAO/AUI/NSF.
So sieht es aus, wenn eine Galaxie als Gravitationslinse fungiert: Die Galaxie selbst (hier in einer Aufnahme des Hubble-Teleskops, blau) erscheint in der Mitte eines Rings aus Licht, bei dem es sich um die abgelenkte und verstärkte Strahlung der weit entfernten Galaxie handelt (rot, aus den ALMA-Daten). Bild: Vieira et al., ALMA (ESO, NAOJ, NRAO), NASA, NRAO/AUI/NSF.
Die zusammengeschlossenen Antennen des ALMA-Observatoriums in Chile sind kaum richtig in Betrieb gegangen, schon liefern sie rekordverdächtige Daten: Sie zeigen unter anderem, dass der stellare Baby-Boom viel früher nach der Bildung des Universums stattfand als bisher angenommen – und dass es damals unglaublich viele Galaxien gab, in denen Sterne in rasantem Tempo gebildet wurden. Ganz nebenbei hat ALMA auch noch das am weitesten entfernte Wasser im Universum entdeckt – pünktlich zu seiner offiziellen Einweihung.
Die Abkürzung ALMA steht für Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array. Dahinter verbirgt sich ein Zusammenschluss von 66 Radioteleskopen, der in etwa 5.000 Metern Höhe in der trockenen und wolkenlosen Atacama-Wüste in Chile beheimatet ist. Es wird am heutigen 13. März offiziell eingeweiht, arbeitet aber bereits seit 2011, allerdings nicht mit seiner vollen Leistungsfähigkeit. ALMA durchmustert den Himmel im Millimeter- und Submillimeterbereich des elektromagnetischen Spektrums, zu dem die Mikrowellenstrahlung und die Terahertzstrahlung gehören.

Blick in den Staub

In diesem Strahlungsbereich lassen sich beispielsweise Staubwolken innerhalb von Galaxien erkennen, in denen Sterne geboren werden. Besonders hell leuchten dabei sogenannte Starburstgalaxien, bei denen die Sternenentstehungsrate extrem hoch ist – viele Hundert Mal höher als in der Milchstraße. "Obwohl diese Galaxien zu den hellsten Objekten im Universum gehören, sind sie mit Teleskopen wie Hubble, die im sichtbaren Licht arbeiten, nur sehr schwer zu sehen", erläutert Dan Marrone von der University of Arizona, der zu einem der Forscherteams gehört, die nun die ersten Ergebnisse veröffentlichen. Der Grund dafür sind die dichten Staubwolken im Inneren dieser Galaxien, die einen Großteil des sichtbaren Lichts schlucken. "Stattdessen benutzen wir ALMA, um in dem Lichtbereich nach ihnen zu suchen, der direkt von dem Staub selbst abgestrahlt wird", berichtet der Forscher.

Die meisten dieser emsigen Galaxien gab es der gängigen Theorie nach im frühen Universum. Ihr Licht braucht wegen der großen Entfernungen Milliarden von Jahren, bis es uns erreicht - ein Blick in die Ferne ist also immer auch ein Blick in die Vergangenheit. 26 dieser Galaxien hat ALMA nun genauer unter die Lupe genommen, bei 18 gelang eine sehr präzise Entfernungsberechnung. Dabei stellten die Forscher fest: Viele der Starburst-Galaxien waren noch deutlich weiter entfernt als bisher gedacht. Ihr Licht stammt aus einer Zeit, in der das Universum knapp zwei bis drei Milliarden Jahre alt war. Im Schnitt begann der stellare Baby-Boom in diesen Galaxien also vor etwa 12 Milliarden Jahren und damit eine Milliarde Jahre früher als bisher angenommen. Und er fiel offenbar ziemlich heftig aus: In den Starburst-Galaxien entstanden durchschnittlich etwa 1.000 Sterne pro Jahr – die Milchstraße schafft gerade einmal einen.

Gleich drei Rekorde auf einmal

Zwei der weit entfernten Galaxien existierten sogar bereits weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. Sie gehören damit zu den Ältesten ihrer Art. Doch damit noch nicht genug der Rekorde: Eine dieser beiden Galaxien beherbergt die wohl größte Häufung an Sternengeburten, die jemals beobachtet worden ist. Zudem entdeckten die Forscher in der gleichen Galaxie Spuren von Wasser – auch das ist ein Rekord, weiter entfernt wurde nämlich noch niemals zuvor Wasser gefunden.

Besonders beeindruckend ist laut den Forschern, dass diese Daten aus einer Zeit stammen, als nur 16 der schlussendlich 66 Teleskope von ALMA zusammengeschlossen waren. Das vollständige Observatorium müsste demnach noch um ein Vielfaches leistungsfähiger sein. Allerdings kam den Astronomen bei ihren Messungen die Natur zu Hilfe: Sie konnten in vielen Fällen einen Vergrößerungseffekt durch eine zwischen ihnen und dem beobachteten Objekt liegenden Galaxie ausnutzen. Dieser sogenannte Graviationslinseneffekt, bereits von Einstein vorhergesagt, führt zu einer Verzerrung des Lichts und verstärkt es dabei. Die weiter vorne liegende Galaxie wirkt also wie eine Linse. Bis zu einem Faktor 22 betrug der Vergrößerungseffekt in diesem Fall – und das bei Galaxien, die teilweise so hell wie 40 Billionen Sonnen sind.

Viel Luft nach oben

Künftig sollen auch weniger helle Galaxien von ALMA untersucht werden, kündigen die Forscher an. Zudem wollen sie mehr über die Zusammensetzung des Staubs und der Gase im Inneren der entfernten Objekte herausfinden. Solche Messungen seien mit dem Observatorium in nur wenigen Minuten möglich – während sie bisher auch gerne einmal mehrere Nächte in Anspruch nehmen konnten, berichten die Teams euphorisch.
Joaquin Vieira (Caltech) et al.: Nature, doi: 10.1038/nature12001

© wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel


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