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Dank Weltraumteleskop Hubble machen Wissenschaftler eine überraschende Entdeckung im frühen Universum

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This artist's impression presents the early universe. - Image ESA Hubble, M. Kornmesser and NASA

Neue Ergebnisse des Hubble-Weltraumteleskops legen nahe, dass die Bildung der ersten Sterne und Galaxien im frühen Universum früher als bisher angenommen erfolgte. So wie in dieser Bildcollage könnte das frühe Universum ausgesehen haben. – Credits: ESA / Hubble, M. Kornmesser und NASA

(Bernhard Doepfer) – Nach dem Hubble-Lemaître-Gesetz entfernen sich Galaxien umso schneller von der Erde, je weiter sie von ihr entfernt ist: ein messbarer Effekt der kontinuierlichen Expansion des Universums*. Neue Ergebnisse des Hubble-Weltraumteleskops der NASA / ESA legen nahe, dass die Bildung der ersten Sterne und Galaxien im frühen Universum früher als bisher angenommen erfolgte. Ein europäisches Team von Astronomen hat bereits im Alter von nur 500 Millionen Jahren keine Hinweise auf die erste Generation von Sternen gefunden, die als Population III-Sterne bekannt sind.

Die Erforschung der ersten Galaxien bleibt eine bedeutende Herausforderung in der modernen Astronomie. Wir wissen nicht, wann oder wie sich die ersten Sterne und Galaxien im Universum gebildet haben. Diese Fragen können mit dem Hubble-Weltraumteleskop durch Tiefenbeobachtungen beantwortet werden. Mit Hubble können Astronomen das Universum bis auf 500 Millionen Jahre nach dem Urknall betrachten.
rot gefärbte Lichtflecken vor einem schwarzen Hintergrund

Ein Team europäischer Forscher unter der Leitung von Rachana Bhatawdekar von der ESA (European Space Agency) machte sich daran, die erste Generation von Sternen im frühen Universum zu untersuchen. Diese als Population III-Sterne bekannten Sterne wurden aus dem Urmaterial geschmiedet, das aus dem Urknall hervorging. Population III-Sterne müssen ausschließlich aus Wasserstoff, Helium und Lithium hergestellt worden sein. Die einzigen Elemente, die existierten, bevor Prozesse in den Kernen dieser Sterne schwerere Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Eisen erzeugen konnten.

This image from the Hubble Space Telescope shows the galaxy cluster MACS J0416. The Hubble Frontier Fields program produced the deepest images of gravitational lensing ever made.- Credits NASA, ESA and M. Montes University of New South Wales

Dieses Bild vom Hubble-Weltraumteleskop zeigt den Galaxienhaufen MACS J0416. Dies ist einer von sechs Galaxienhaufen, die vom Hubble Frontier Fields-Programm untersucht wurden und die tiefsten von Gravitationslinsen erzeugten Bilder, die jemals gemacht wurden. Je tiefer man ins Universum vordringt, desto älter sind die Sterne und Sternhaufen, die man erkennen kann.
Credits: NASA, ESA und M. Montes (Universität von New South Wales)

Bhatawdekar und ihr Team untersuchten das frühe Universum von etwa 500 Millionen bis 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall, indem sie den Cluster MACS J0416 und sein Parallelfeld mit dem Hubble-Weltraumteleskop (mit unterstützenden Daten des NASA-Spitzer-Weltraumteleskops und des bodengestützten Very) untersuchten Großes Teleskop der Europäischen Südsternwarte). „Wir haben in diesem kosmischen Zeitintervall keine Hinweise auf diese Population III-Sterne der ersten Generation gefunden“, sagte Bhatawdekar über die neuen Ergebnisse.

Das Ergebnis wurde mit der Wide Field Camera 3 und der Advanced Camera for Surveys des Hubble-Weltraumteleskops als Teil des Hubble Frontier Fields-Programms erzielt. Dieses Programm (das von 2012 bis 2017 sechs entfernte Galaxienhaufen beobachtete) ergab die tiefsten Beobachtungen, die jemals von Galaxienhaufen und den dahinter befindlichen Galaxien gemacht wurden, die durch den Gravitationslinseneffekt vergrößert wurden, wodurch Galaxien 10- bis 100-mal schwächer als bisher beobachtet wurden . Die Massen der Vordergrund-Galaxienhaufen sind groß genug, um das Licht der weiter entfernten Objekte hinter ihnen zu biegen und zu vergrößern. Dies ermöglicht Hubble, diese kosmischen Lupen zu verwenden, um Objekte zu untersuchen, die außerhalb seiner nominalen Betriebsfähigkeiten liegen.

Bhatawdekar und ihr Team entwickelten eine neue Technik, die das Licht von den hellen Vordergrundgalaxien entfernt, aus denen diese Gravitationslinsen bestehen. Dies ermöglichte es ihnen, Galaxien mit geringerer Masse als jemals zuvor bei Hubble in einer Entfernung zu entdecken, die der Zeit entsprach, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Zu diesem Zeitpunkt in der kosmischen Zeit stützen der Mangel an Beweisen für exotische Sternpopulationen und die Identifizierung vieler Galaxien mit geringer Masse den Vorschlag, dass diese Galaxien die wahrscheinlichsten Kandidaten für die Reionisierung des Universums sind. In dieser Zeit der Reionisierung im frühen Universum wurde das neutrale intergalaktische Medium von den ersten Sternen und Galaxien ionisiert.

Eine Unzahl von Galaxien kann das Hubble-Teleskop in einer sog. Gravitationslinse erblicken. - Foto © ESA Hubble, NASA, HST Frontier Field

Eine Unzahl von Galaxien kann das Hubble-Teleskop in einer sog. Gravitationslinse erblicken. – Foto © ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Field

„Dies hat tiefgreifende astrophysikalische Konsequenzen, da die Ergebnisse zeigen, dass sich Galaxien viel früher gebildet haben müssen, als wir dachten“, sagte Bhatawdekar. „Dies unterstützt auch nachdrücklich die Idee, dass Galaxien mit geringer Masse im frühen Universum für die Reionisierung verantwortlich sind.“ Diese Ergebnisse legen auch nahe, dass die früheste Bildung von Sternen und Galaxien viel früher erfolgte, als mit dem Hubble-Weltraumteleskop untersucht werden kann. Dies lässt ein spannendes Forschungsfeld für das kommende James Webb-Weltraumteleskop der NASA / ESA / CSA übrig – um die frühesten Galaxien des Universums zu untersuchen.


* = Abe Georges Lemaître (1894 – 1966), langjähriger Professor an der französischsprachigen Abteilung der Katholischen Universität Leuven und in seinen letzten sechs Lebensjahren Präsident der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften, wurde im Oktober 2018, mehr als fünf Jahrzehnte nach seinem Tod, de facto von der International Astronomical Union (UAI) als einer der Väter der Urknalltheorie anerkannt.

Die Mitglieder der UAI stimmten auch mit überwältigender Mehrheit dafür, das berühmte Hubble-Gesetz in Hubble-Lemaître-Gesetz umzubenennen. Es wurde 1929 aus einer Veröffentlichung des amerikanischen Astronomen Edwin Hubble bekannt und er beschrieb es, nachdem er die Entfernung mehrerer Galaxien gemessen hatte. Der belgische Priester hat aufgrund seiner Bescheidenheit nie versucht zu behaupten, es zuerst entdeckt zu haben oder die Hubble-Entdeckung anzufechten. Und doch ist es sehr wahrscheinlich, dass Hubble erst nach einer Diskussion mit Lemaître während der 3. Generalversammlung der UAI in den Niederlanden im Jahr 1928 auf die Idee kam, seine Messungen für die Entfernung von Galaxien durchzuführen.

Die Idee von Georges Lemaître (1931 in englischer Sprache als „Der Beginn der Welt unter dem Gesichtspunkt der Quantentheorie“ veröffentlicht) ist, dass man, wenn die Flugbahn all dieser Galaxien umgekehrt wäre und man sehen könnte, wo sie sich in der Vergangenheit befunden haben, alles an einem einzigen Punkt zusammenlaufen würde: dem Anfangszustand des Universums – von Lemaître als „L’hypothèse de l’atome primitif“ beschrieben und später als sogenannter Urknall anerkannt.

Dass sein Anteil an der Theorie der Expansion des Universums erst so spät anerkannt wurde, lag wahrscheinlich an Lemaîtres erster Veröffentlichung zu diesem Thema auf Französisch im Jahr 1927. Darin beschrieb der belgische Astronom das Phänomen nicht nur theoretisch, sondern (ebenso bereits einige Jahre vor Hubble) berechnete die Expansionsrate des Universums aus Daten, die die Geschwindigkeiten und Entfernungen einiger Galaxien zeigen. Die begrenzte Popularität der wissenschaftlichen Zeitung, in der der Artikel von Lemaîtres veröffentlicht wurde, und Französisch als verwendete Sprache führten jedoch dazu, dass diese Entdeckung von der astronomischen Gemeinschaft zu dieser Zeit nicht allgemein wahrgenommen wurde. Zwei Jahre später veröffentlichte Edwin Hubble seinen Artikel auf der anderen Seite des Atlantiks, der im Gegensatz zu George Lemaîtres Artikel einen enormen Eindruck hinterlies.

Autor: RADIO JENA Redaktion JENAhoch2

Die 1999 gegründete Rundfunkinitaitive "103komma4 FM" startete am 01.01.2000 bei Radio OKJ das lokale Hörfunkprogramm "Radio Jena". 2007 erschien mit dem "Lichtstadt.Netz" ein erstes Online-News-Angebot von Radio Jena, das 2010 mit Unterstützung der InterJena.Communications zu den "Lichtstadt.News" wurde. 2014 bündelte man alle Aktivitäten zum Multimediaportal "JEZT", das seit 2018 als "JENAhoch2" Omnichannel-Media-Angebote veröffentlicht. Die gemeinsame Redaktion erarbeitet Reportagen, Analysen, Berichte und Infos. "JENAhoch2" wird ehrenamtlich betrieben, ist nicht-kommerziell und erzielt auch keinerlei Einnahmen durch die Veröffentlichung von Reklame.

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