Universum

Forschungsteam entdeckt rekordverdächtiges Signal aus weit entfernter Galaxie

Das Giant Metrewave Radio Telescope in Indien hat ein Signal von einer rekordverdächtig weit entfernten Galaxie aufgespürt. (Archivbild)
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Das Giant Metrewave Radio Telescope in Indien hat ein Signal von einer rekordverdächtig weit entfernten Galaxie aufgespürt. (Archivbild)

Dank eines natürlich vorkommenden Phänomens im Universum entdecken Forscher ein Signal einer rekordverdächtig weit entfernten Galaxie.

Montreal – Wie entstehen Sterne in weit entfernten Galaxien? Diese Frage versucht die Astronomie bereits seit vielen Jahren zu klären – doch es ist nicht einfach. Die Signale, die Galaxien aussenden, werden schwächer, je weiter diese von der Erde entfernt sind. Für aktuelle Teleskope ist es deshalb schwierig, diese Signale aufzufangen und der Forschung Daten zur Verfügung zu stellen.

Doch nun ist zwei Forschern eine Entdeckung gelungen, die der Astronomie helfen könnte. Arnab Chakraborty von der kanadischen McGill-Universität und Nirupam Roy vom Indian Institute of Science haben mithilfe des Giant Metrewave Radio Telescope in Indien die 21-cm-Linie einer weit entfernten Galaxie aufgefangen. Die Studie der beiden Forscher wurde im Fachjournal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Forscher entdecken Signal einer weit entfernten Galaxie

Bei der 21-cm-Linie handelt es sich um ein Signal in einer ganz bestimmten Wellenlänge, es wird auch Wasserstofflinie genannt. Dieses Signal wird von neutralen Wasserstoffatomen ausgestrahlt und ermöglicht es, mehr über die Zusammensetzung der Galaxie zu erfahren.

„Eine Galaxie sendet verschiedene Arten von Radiosignalen aus. Bisher war es nur möglich, dieses spezielle Signal von einer nahegelegenen Galaxie zu erfassen, was unser Wissen auf die Galaxien beschränkt, die näher an der Erde liegen“, erklärt Chakraborty in einer Mitteilung seiner Universität.

Die Galaxie, deren Signal die beiden Forscher entdeckt haben, ist für die Wissenschaft besonders spannend: SDSSJ0826+5630 ist sternbildend, das heißt, dort entstehen neue Sterne. Sie ist die am weitesten entfernte Galaxie, bei der die Wasserstofflinie bisher eingefangen wurde.

Blick in die Tiefen des Universums – So sieht „Hubble“ das Weltall

Der Blasennebel (NGC 7635) im Sternbild Kassiopeia ist ein Emissionsnebel in etwa 7100 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Seine Blasen-Form entsteht durch den Sternwind eines Sterns, der gerade große Mengen an Gas ausstößt. Die Gase stoßen auf eine riesige Molekülwolke, die sich in dieser Region befindet – eine Stoßwelle entsteht, die die äußere Hülle der Gasblase bildet.
Der Blasennebel (NGC 7635) im Sternbild Kassiopeia ist ein Emissionsnebel in etwa 7100 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Seine Blasen-Form entsteht durch den Sternwind eines Sterns, der gerade große Mengen an Gas ausstößt. Die Gase stoßen auf eine riesige Molekülwolke, die sich in dieser Region befindet – eine Stoßwelle entsteht, die die äußere Hülle der Gasblase bildet. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Dieses Aufnahme des „Hubble“-Weltraumteleskops zeigt den offenen Sternhaufen Trumpler 14 (auch Collinder 230) im Sternbild „Kiel des Schiffs“. Der Sternhaufen befindet sich etwa 9000 Lichtjahre entfernt im Carinanebel. Er ist einer der jüngeren Sternhaufen der Milchstraße und nur etwa 300.000 bis 500.000 Jahre alt. Trumpler 14 beherbert etwa 2000 junge Sterne, unter anderem einen der hellsten Sterne der Milchstraße.
Dieses Aufnahme des „Hubble“-Weltraumteleskops zeigt den offenen Sternhaufen Trumpler 14 (auch Collinder 230) im Sternbild „Kiel des Schiffs“. Der Sternhaufen befindet sich etwa 9000 Lichtjahre entfernt im Carinanebel. Er ist einer der jüngeren Sternhaufen der Milchstraße und nur etwa 300.000 bis 500.000 Jahre alt. Trumpler 14 beherbert etwa 2000 junge Sterne, unter anderem einen der hellsten Sterne der Milchstraße. © NASA, ESA, and J. Maíz Apellániz (Institute of Astrophysics of Andalusia, Spain); Acknowledgment: N. Smith (University of Arizona)
Die „Säulen der Schöpfung“ sind eines der berühmtesten „Hubble“-Bilder überhaupt. Hier blickt das Nasa-Weltraumteleskop auf eine kleine Region des Adler-Nebels (M16), es handelt sich um ein Sternenentstehungsgebiet etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Die „Säulen der Schöpfung“ sind eines der berühmtesten „Hubble“-Bilder überhaupt. Hier blickt das Nasa-Weltraumteleskop auf eine kleine Region des Adler-Nebels (M16), es handelt sich um ein Sternenentstehungsgebiet etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Die Spiralgalaxie M83 (südliche Feuerradgalaxie) ist ein beliebtes Ziel für Amateurastronomen. Sie befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist am Himmel auf der südlichen Erdhalbkugel eine der hellsten Spiralgalaxien. In der „Hubble“-Aufnahme sind tausende Sternenhaufen, hunderttausende einzelne Sterne und Überbleibsel von Sternentoden (Supernovae) zu sehen.
Die Spiralgalaxie M83 (südliche Feuerradgalaxie) ist ein beliebtes Ziel für Amateurastronomen. Sie befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist am Himmel auf der südlichen Erdhalbkugel eine der hellsten Spiralgalaxien. In der „Hubble“-Aufnahme sind tausende Sternenhaufen, hunderttausende einzelne Sterne und Überbleibsel von Sternentoden (Supernovae) zu sehen. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); Acknowledgement: W. Blair (STScI/Johns Hopkins University) and R. O‘Connell (University of Virginia)
Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern.
Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern. © NASA, ESA, C.R. O‘Dell (Vanderbilt University), and D. Thompson (Large Binocular Telescope Observatory)
Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden.
Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden. © NASA, ESA, S. Baum and C. O‘Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden.
Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist.
Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration; Acknowledgment: M. Crockett and S. Kaviraj (Oxford University, UK), R. O‘Connell (University of Virginia), B. Whitmore (STScI), and the WFC3 Scientific Oversight Committee
Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion.
Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion. © NASA, ESA, R. O‘Connell (University of Virginia), F. Paresce (National Institute for Astrophysics, Bologna, Italy), E. Young (Universities Space Research Association/Ames Research Center), the WFC3 Science Oversight Committee, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Gravitationslinse vergrößerte das Signal um den Faktor 30

Dabei kam den beiden Forschern ein natürlich im Weltall vorkommendes Phänomen zur Hilfe: „Dank der Hilfe einer Gravitationslinse konnten wir ein schwaches Signal aus einer rekordverdächtigen Entfernung einfangen“, freut sich Chakraborty. Sein Mitautor Roy erläutert das Phänomen: „Die Gravitationslinse vergrößert das Signal eines weit entfernten Objekts und hilft uns, einen Blick in das frühe Universum zu werfen. In diesem speziellen Fall wird das Signal durch die Anwesenheit eines anderen massiven Körpers, einer anderen Galaxie, zwischen dem Ziel und dem Beobachter gebeugt. Dies führt effektiv zu einer Vergrößerung des Signals um den Faktor 30, sodass das Teleskop es auffangen kann“, fügt Roy hinzu.

Die Illustration zeigt, wie die Gravitationslinse das Signal einer weit entfernten Galaxie verstärkt.

Sein Mitautor Chakraborty ist sich sicher: „Das wird uns dabei helfen zu verstehen, wie Galaxien viel weiter von der Erde entfernt zusammengesetzt sind.“

Signal der Galaxie lässt Forscher 8,8 Milliarden Jahre in die Vergangenheit blicken

Das Signal der Galaxie, das das Forscherteam aufgefangen hat, wurde von der Galaxie ausgesandt, als das Universum gerade einmal 4,9 Milliarden Jahre alt war. Heute ist es 13,8 Milliarden Jahre alt. „Das entspricht einem Blick zurück in die Vergangenheit von 8,8 Milliarden Jahren“, erklärt Chakraborty, der in Kanada Kosmologie studiert.

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Dank der Wasserstofflinie der weit entfernten Galaxie konnten die beiden Forscher bereits ermitteln, dass die Atommasse des Gasinhalts in der Galaxie fast doppelt so groß ist wie die Masse der Sterne, die sichtbar sind. Die Forschung hofft nun, dass in Zukunft auch andere ferne Galaxien mithilfe von Gravitationslinsen beobachtet werden können. (tab)

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