Eine neue Ansicht vom Hubble-Weltraumteleskop zeigt einige der ersten hellen Galaxien im Universum, die vor etwa 13 Milliarden Jahren oder 900 Millionen Jahre nach dem Urknall auftauchten. Galaxien wie diese waren 700 Millionen Jahre nach dem Urknall nicht sichtbar, daher müssen kleinere Galaxien ziemlich schnell zusammengewachsen sein, damit sie groß und hell werden. Die Entdeckungen wurden im Hubble Ultra Deep Field und im Great Observatory Origins Deep Survey Fields gemacht.
Eine systematische Suche nach den ersten hellen Galaxien, die sich im frühen Universum bilden, hat vor etwa 13 Milliarden Jahren einen dramatischen Anstieg der Anzahl solcher Galaxien ergeben. Diese Beobachtungen der frühesten Stadien in der Evolution von Galaxien liefern neue Beweise für die hierarchische Theorie der Galaxienbildung - die Idee, dass große Galaxien im Laufe der Zeit aufgebaut wurden, als kleinere Galaxien kollidierten und verschmolzen.
Die Astronomen Rychard Bouwens und Garth Illingworth von der University of California in Santa Cruz untersuchten mit dem Hubble-Weltraumteleskop die Entstehung von Galaxien in den ersten 900 Millionen Jahren nach dem Urknall. Sie berichteten über ihre neuesten Erkenntnisse in der Ausgabe vom 14. September der Zeitschrift Nature.
Tiefe Beobachtungen in drei dunklen Himmelsfeldern - dem Hubble Ultra Deep Field und den Great Observatories Origins Deep Survey-Feldern - sammelten das schwache Licht, das vor 13 Milliarden Jahren von Sternen in Urgalaxien ausgestrahlt wurde. Nur die hellsten Galaxien konnten in so großen Entfernungen entdeckt werden.
„Dies sind die tiefsten infraroten und optischen Daten, die jemals aufgenommen wurden. Wir befinden uns in einem sehr frühen Stadium des Aufbaus von Galaxien “, sagte Illingworth, Professor für Astronomie und Astrophysik an der UCSC.
Die Forscher beobachteten Hunderte von hellen Galaxien etwa 900 Millionen Jahre nach dem Urknall. Aber als sie etwa 200 Millionen Jahre zuvor tiefer schauten, fanden sie nur einen. Die Lockerung ihrer Suchkriterien hat ein paar weitere Kandidaten hervorgebracht, aber in diesen 200 Millionen Jahren haben sich eindeutig viele Änderungen ergeben, sagte Illingworth.
„Die größeren, leuchtenderen Galaxien waren 700 Millionen Jahre nach dem Urknall einfach nicht vorhanden. Doch 200 Millionen Jahre später gab es noch viel mehr von ihnen, daher müssen in dieser Zeit viele kleinere Galaxien verschmolzen sein “, sagte er.
Astronomen können durch ihre Rotverschiebung bestimmen, wann Licht von einer entfernten Quelle emittiert wurde, ein Maß dafür, wie die Ausdehnung des Universums die Wellenlängen des Lichts auf seinem Weg durch den Weltraum über weite Entfernungen streckte. Bouwens, Postdoktorand am UCSC und Erstautor des Nature-Papers, entwickelte eine Software, mit der die Hubble-Daten systematisch auf der Suche nach Galaxien mit hoher Rotverschiebung durchsucht werden können.
Die Daten stammen von zwei leistungsstarken Instrumenten auf Hubble, der Advanced Camera for Surveys (ACS) und der Nahinfrarotkamera und dem Multi-Object Spectrograph (NICMOS). Die Forscher verglichen die Anzahl der Galaxien, die bei einer Rotverschiebung von 7 bis 8 (700 Millionen Jahre nach dem Urknall) entdeckt wurden, mit dem, was sie erwartet hatten, wenn die Population der Galaxien dann der Population entsprach, die sie bei Rotverschiebung 6 (200) beobachtet hatten Millionen Jahre später). Abhängig von der Strenge ihrer Auswahlkriterien fanden sie eine Galaxie, in der sie 10 erwartet hätten, oder vier, in der sie 17 erwartet hätten.
"Unser Ansatz bietet eine sehr quantitative Möglichkeit, den Aufbau von Strukturen im Universum zu messen, sodass wir sehen können, wie schnell sich diese im Laufe der Zeit geändert haben, als kleinere Galaxien zu größeren Galaxien verschmolzen", sagte Bouwens.
Die in dieser Umfrage beobachteten Galaxien sind viel kleiner als unsere eigene Milchstraße und andere riesige Galaxien, die heute im nahe gelegenen Universum zu sehen sind. Diese frühen Galaxien standen ebenfalls in Flammen mit Sternentstehung und emittierten bläuliches Licht, das während seiner 13-Milliarden-jährigen Reise zu Hubbles empfindlichen Detektoren in rotes Licht umgewandelt wurde.
„Es ist ziemlich erstaunlich, dass wir auf 13 Milliarden Jahre zurückblicken können. Wir betrachten Galaxien, die sich bereits aus kleineren Vorläufern entwickelt haben, aber erst wenige hundert Millionen Jahre nach der Bildung der ersten Sterne “, sagte Illingworth.
Wenn die Milchstraße ein galaktischer Senior ist, dann sind diese Galaxien Kleinkinder oder Kinder im Vorschulalter. Derzeit können Forscher die noch kleineren Säuglingsgalaxien nicht erkennen, die sich zu diesen ersten hellen Galaxien zusammengeschlossen haben müssen.
Die Keime dieser ersten Galaxien sind jedoch in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung zu sehen, die zuletzt und genau von der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) gemessen wurde und etwa 400.000 Jahre nach dem Big leichte Dichteschwankungen in einem bemerkenswert homogenen Universum zeigt Knall.
„Sehr früh in der Entwicklung des Universums war alles sehr glatt. Aber im Laufe der Zeit wurde das Universum immer klumpiger, da die Schwerkraft mehr Materie in die dichteren Gebiete zog “, sagte Bouwens. "Unsere Beobachtungen früher Galaxien ermöglichen es uns zu messen, wie schnell sich das Universum von kleineren zu größeren Klumpen entwickelte."
Die Entdeckung der allerersten Galaxien, die sich bilden, wird mit dem Nachfolger von Hubble, dem James Webb-Weltraumteleskop, möglich sein, dessen Start für 2013 geplant ist, sagte Illingworth. Weitere Informationen zur Suche nach den ersten Galaxien finden Sie im Internet unter http://firstgalaxies.ucolick.org/.
Originalquelle: UCSC-Pressemitteilung
