ALMA und Hubble beobachten viel Staub in der fernen Galaxie MACS0416_Y1

Die ferne Galaxie MACS0416_Y1, basierend auf Daten des Weltraumteleskops Hubble und ALMA. Die Verteilung von Staub und Sauerstoffgas ist in rot und grün gekennzeichnet. Die Verteilung der Sterne ist grün dargestellt. (Credit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA Hubble Space Telescope, Tamura et al.)
Die ferne Galaxie MACS0416_Y1, basierend auf Daten des Weltraumteleskops Hubble und ALMA. Die Verteilung von Staub und Sauerstoffgas ist in rot und grün gekennzeichnet. Die Verteilung der Sterne ist grün dargestellt. (Credit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), NASA / ESA Hubble Space Telescope, Tamura et al.)

Wissenschaftler haben ein Radiosignal von großen Mengen interstellaren Staubs in MACS0416-Y1 registriert, einer 13,2 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie im Sternbild Eridanus. Die Standardmodelle können diese große Menge Staub in einer so jungen Galaxie nicht erklären, was uns zwingt, die Geschichte der Sternentstehung neu zu überdenken. Die Forscher denken jetzt, dass MACS0416_Y1 eine phasenweise Sternentstehung durchlebte, mit zwei intensiven Starburst-Perioden 300 und 600 Millionen Jahre nach dem Urknall und einer ruhigen Phase dazwischen.

Sterne spielen die wichtigste Rolle im Universum, aber sie werden von den unsichtbaren Helfern im Hintergrund der Bühne unterstützt: Sternenstaub und Gas. Kosmische Wolken aus Staub und Gas sind die Orte der Sternentstehung und meisterhafte Erzähler der kosmischen Geschichte.

“Staub und relativ schwere Elemente wie Sauerstoff werden durch den Tod von Sternen verbreitet”, sagte Yoichi Tamura von der Nagoya University, der Hauptautor der Abhandlung. “Deshalb spricht der Nachweis von Staub an einem Punkt in der Zeit dafür, dass eine Anzahl Sterne bereits entstanden war und weit vor diesem Zeitpunkt starb.”

Tamura und sein Team beobachteten die ferne Galaxie MACS0416_Y1 mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Aufgrund der begrenzten Lichtgeschwindigkeit benötigten die Radiowellen, die wir heute von dieser Galaxie empfangen, 13,2 Milliarden Jahre, um uns zu erreichen. Mit anderen Worten: Sie zeigen ein Bild dessen, wie die Galaxie vor 13,2 Milliarden Jahren aussah – nur 600 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Die Astronomen registrierten ein schwaches aber verräterisches Radiosignal von Staubteilchen in MACS0416_Y1. Die Weltraumteleskope Hubble und Spitzer sowie das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte beobachteten das Licht von Sternen in der Galaxie. Aus der Farbe des Lichts bestimmten sie das Alter der Sterne auf vier Millionen Jahre.

“Das ist nicht leicht”, sagte Tamura. “Die Staubmenge ist zu groß, um sich in vier Millionen Jahren gebildet zu haben. Das ist überraschend, aber wir müssen daran festhalten. Ältere Sterne könnten sich in der Galaxie verbergen, oder sie könnten bereits gestorben und verschwunden sein.”

“Es wurden verschiedene Theorien entwickelt, um dieses ‘Staubmengenproblem’ zu bewältigen”, sagte Ken Mawatari von der University of Tokyo. “Allerdings ist keines davon schlüssig. Wir erstellten ein neues Modell, das keine extremen Voraussetzungen benötigt, die weit von unserem Wissen über das Leben der Sterne im heutigen Universum abweichen.”

In diesem Modell begann die erste intensive Sternentstehungsphase bei 300 Millionen Jahren nach dem Urknall und dauerte 100 Millionen Jahre. Danach beruhigte sich die Sternentstehungsaktivität eine Zeit lang und dann begann sie etwa 600 Millionen Jahre nach dem Urknall erneut. Die Forscher vermuten, dass ALMA die Galaxie zu Beginn ihrer zweiten Generation der Sternentstehung beobachtet hat.

“Staub ist das entscheidende Material für Planeten wie die Erde”, erklärte Tamura. “Unser Ergebnis ist ein wichtiger Schritt vorwärts, um die Frühgeschichte des Universums und den Ursprung des Staubs zu verstehen.”

Diese Beobachtungsergebnisse wurden im März 2019 von Tamura et al. unter dem Titel “Detection of the Far-infrared [O III] and Dust Emission in a Galaxy at Redshift 8.312: Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era” im Astrophysical Journal veröffentlicht.

Quelle

(THK)

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