Die entfernteste Galaxie des Universums

Wann (nach dem Urknall [1]) haben sich die ersten Galaxien gebildet?

Dies ist nicht nur eine interessante, sondern vielmehr eine sehr wichtige Frage, wenn es um die Erforschung des frühen Universums sowie der Bildung der ersten großen Strukturen - wie Galaxien - geht.

Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto stärker wird ihre spektrale Kennung (Spektrum [1]) aufgrund der Ausdehnung des Universums (nach dem Urknall) in den roten (langwelligen) Spektralbereich verschoben.
Die Astronomen nennen diesen Effekt "Rotverschiebung" [1].

Die Galaxie EGS-zs8-1
Das Objekt EGS-zs8-1 ist eine Galaxie im Sternbild Bärenhüter (Boo) [1]. Sie zeichnet sich insbesondere durch ihre extreme Helligkeit - gegenüber etwa gleich alten Objekten in dem Entfernungsbereich - sowie ihre große Masse aus.

Mithilfe von Daten des Hubble-Weltraumteleskops (HST [1]), des Spitzer- [1] und des KECK-Teleskops [1] konnte ein internationales Team von Astronomen unter der Leitung der amerikanischen Universitäten Yale und von Kalifornien [1] die Rotverschiebung des Objektes noch genauer messen (Abb. 1).

Für die Entfernungsbestimmung von EGS-zs8-1 war insbesondere ein seit dem Jahr 2012 eingesetzter neuer Detektor des KECK, das MOSFIRE-Instrument (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration) [1], von großer Bedeutung. Mit seiner Hilfe können gleichzeitig mehrere Galaxien untersucht werden.

Abb. 1  Die Galaxie EGS-zs8-1 auf einer Aufnahme des Hubble-Teleskops
im Rahmen der CANDELS-Durchmusterung (Cosmic Assembly Near-infrared
Deep Extragalaxtic Legacy Survey) [1]. Die Aufnahme ist eine Kombination
einer visuellen und einer NIR-Belichtung. Der Pfeil weist auf die Galaxie EGS-zs8-1
(s. Detail rechts oben). Bei den ausgedehnten Objekten handelt es sich um
nahe Galaxien.
© NASA/ESA/Oesch/Momcheva/3D-HST/HUDF09/XDF

Dabei stellte sich heraus:

Die Galaxie EGS-zs8-1 besitzt die größte bisher bekannte Rotverschiebung.
Ihr Wert beträgt z=7,73. Dies entspricht einer Entfernung von rund 13,044 Milliarden Lichtjahren * [1].

EGS-zs8-1 ist die bisher entfernteste Galaxie im Universum.

Es existiert kein anderes Objekt, das sich schneller nach dem Urknall gebildet hat.

Wann hat sich die Galaxie gebildet?
Die Galaxie EGS-zs8-1 formte sich rund 670 Millionen Jahre nach dem Urknall in einem sehr jungen Universum, aus heutiger Sicht vor mehr als 13 Milliarden Jahren. Zu diesem Zeitpunkt besaß das Universum ein Alter von lediglich etwa 5 Prozent seines heutigen Alters (rund 13,8 Milliarden Jahre).

Das bedeutet, die Galaxie EGS-zs8-1 hat sich gebildet als der Wasserstoff [1] (außerhalb der Galaxien) im Begriff war, von einem neutralen Zustand (H) in einen angeregten Zustand (H+, ionisiert [1]) überzugehen. Möglicherweise waren diese frühen Galaxien sogar die Ursache der sog. Reionisierung [1] des Universums.

Sternentstehungsrate
EGS-zs8-1 zeigt eine sehr hohe Rate der Sternentstehung. Die Sterne entstehen dort rund 80 Mal schneller als Sterne gegenwärtig in der Milchstraße gebildet werden. Innerhalb der Milchstraße entsteht etwa ein Stern pro Jahr, in der Galaxie EGS-zs8-1 werden jährlich rund 800 Sonnenmassen [1] in Sterne umgewandelt.

Die Forscher können das Licht der jungen heißen blauen Sterne in der entfernten Galaxie beobachten. Daher erscheint die EGS-zs8-1 bläulich (Detailaufnahme in Abb. 1) Das Alter der jungen Sterne in der Galaxie beträgt nur rund 100 Millionen Jahre.

EGS-zs8-1 ist größer als ihre Nachbarn. Ihre Masse beträgt rund 15 Prozent der Masse unserer Milchstraße (Galaxis [1]). Allerdings hatte EGS-zs8-1 für ihr Wachstum nur rund 650 Millionen Jahre Zeit. Demgegenüber beträgt das Alter unserer Milchstraße mehrere Milliarden Jahre. Bei der Bildung von EGS-zs8-1 besaß die Galaxie eine Rotverschiebung von z=8,8.

Ein Puzzleteil
Bisher kennen die Forscher nur wenige Galaxien, für die die Entfernung im frühen Universum genau bestimmt werden konnte. Daher stellt die Vermessung von EGS-zs8-1 ein weiteres Puzzleteil dar, wenn man herausfinden möchte, wann sich die ersten Galaxien nach dem Urknall bildeten und wie das junge Universum aussah.

Fazit
Objekte wie die Galaxie EGS-zs8-1 bestätigen, dass bereits im frühen Universum relativ massereiche Galaxien existierten; allerdings besaßen diese jungen Galaxien andere Eigenschaften als ihre heutigen Pendants. Insbesondere die Farbe der damals jungen Galaxien deutet auf eine zu dieser Zeit allgemein herrschende schnelle Bildung von massereichen jungen Sternen hin, die mit dem Gas in den Galaxien wechselwirkten.

Falls Sie Fragen und Anregungen zu diesem Thema haben, schreiben Sie uns unter kontakt@ig-hutzi-spechtler.eu

Ihre
IG Hutzi Spechtler – Yasmin A. Walter

Quellenangaben:

[1] Mehr Information über astronomische Begriffe
www.wikipedia.de

[2] Mehr Information zur Entdeckung mit dem HST
www.hubblesite.org

[3] Oesch, P.A., et al., ApJ 804, L30 (2015)

* Lichtjahr = astronomische Entfernungseinheit
Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht mit einer Geschwindigkeit von rund 300.000 Kilometern pro Sekunde in einem Jahr zurücklegt. Das entspricht einer Strecke von rund 9,5 Billionen Kilometern

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