Bildnachweis: Subaru Telescope
Das in Japan ansässige Subaru-Teleskop hat die entfernteste Galaxie entdeckt, die jemals in einer Entfernung von 12,8 Milliarden Lichtjahren registriert wurde. Das Subaru Deep Field-Projektteam deckte 70 Kandidaten für entfernte Objekte auf, indem es einen speziellen Filter verwendete, der nur Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge durchlässt - eines, das Objekten entspricht, die ungefähr 13 Milliarden Lichtjahre entfernt sind.
Das Subaru-Teleskop hat eine 12,8 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie gefunden (eine Rotverschiebung von 6,58; siehe Anmerkung 1), die am weitesten entfernte Galaxie, die jemals beobachtet wurde. Diese Entdeckung ist das erste Ergebnis des Subaru Deep Field Project, eines Forschungsprojekts des Subaru-Teleskops des National Astronomical Observatory of Japan, das das Subaru-Teleskop betreibt. Das Subaru Deep Field (SDF) -Projektteam fand ungefähr 70 entfernte Galaxienkandidaten, indem es einen speziellen Filter anbrachte, mit dem Galaxien in einer Entfernung von etwa 13 Milliarden Lichtjahren auf einer Kamera mit einem weiten Sichtfeld erfasst werden konnten. Follow-up-Beobachtungen mit einem Spektrographen bestätigten, dass zwei von neun Kandidaten tatsächlich entfernte Galaxien sind. Eine davon ist die entfernteste Galaxie, die jemals beobachtet wurde. Diese Entdeckung lässt die Erwartung aufkommen, dass das Projekt eine große Anzahl entfernter Galaxien finden kann, die dazu beitragen werden, die frühe Geschichte des Universums auf statistisch bedeutsame Weise zu enträtseln.
Das SDF-Projekt ist ein Observatoriumsprojekt des National Astronomical Observatory of Japan, das die Fähigkeiten des Subaru-Teleskops demonstrieren und grundlegende astronomische Fragen lösen soll, die mit dem regulären Zeitzuweisungssystem von Subaru nur schwer zu beantworten sind. Die meisten Forschungsprogramme für Subaru-Teleskope werden durch einen wettbewerbsorientierten Zeitzuweisungsprozess namens Open Use ausgewählt, der allen Astronomen offen steht, jedoch maximal drei Beobachtungsnächte alle sechs Monate zulässt. Durch die Zusammenlegung von Beobachtungsnächten, die dem Observatorium und den Astronomen vorbehalten sind, die zur Einrichtung des Subaru-Teleskops beigetragen haben, kann ein Observatoriumsprojekt Fragen beantworten, die größere Teleskopressourcen erfordern als der typische Forschungsvorschlag. Das Hauptziel des SDF-Projekts besteht darin, eine große Anzahl der am weitesten entfernten nachweisbaren Galaxien zu entdecken und ihre Eigenschaften und ihre Auswirkungen auf die Entwicklung des Universums zu verstehen. Die Lichtgeschwindigkeit ist die grundlegende Grenze für die Geschwindigkeit, mit der Informationen übertragen werden können (siehe Anmerkung 2). Wenn wir Licht aus einer 13 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie entdecken, bedeutet dies, dass wir die Galaxie so sehen, wie sie vor 13 Milliarden Jahren war. Nach immer weiter entfernten Galaxien zu suchen bedeutet, Galaxien zu immer früheren Zeiten im Universum zu betrachten.
Die SDF-Beobachtungen nutzten die Tatsache, dass Licht von entfernten Galaxien eine charakteristische Wellenlänge und Form hat. Astronomen glauben, dass die frühesten Galaxien schnell Sterne aus Wasserstoff bildeten, der dominierenden Form der Materie im Universum. Das Licht dieser Sterne hätte den um sie herum verbleibenden Wasserstoff in höhere Energiezustände angeregt und sogar ionisiert. Wenn angeregter Wasserstoff in niedrigere Energiezustände zurückkehrt, emittiert er Licht mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängen. Der größte Teil dieses Lichts würde jedoch als Emissionslinie bei 122 Nanometern aus der jungen Galaxie entweichen, da „blaueres“ Licht mit kürzeren Wellenlängen und höherer Energie andere Wasserstoffatome wieder anregen kann. Da sich das Universum ausdehnt, bewegt sich eine Galaxie umso schneller von uns weg, je weiter sie von uns entfernt ist. Aufgrund dieser Bewegung wird Licht von entfernten Galaxien doppelt zu längeren oder rötlicheren Wellenlängen verschoben, und diese Emissionslinie wird zu einer längeren Wellenlänge „rotverschoben“, die für die Entfernung der Galaxie charakteristisch ist, und die Galaxie selbst erscheint röter. Während sich das Licht über die lange Strecke von seinem Ursprung zur Erde bewegt, kann Licht auf der Seite höherer Energie oder der blauen Seite der Emissionslinie vom neutralen Wasserstoff im intergalaktischen Raum absorbiert werden. Diese Absorption verleiht der Emissionslinie ein charakteristisches asymmetrisches Aussehen. Ein insgesamt rotes Erscheinungsbild und eine starke Emissionslinie bei einer bestimmten Wellenlänge mit einer bestimmten asymmetrischen Form sind die Signatur einer entfernten neugeborenen Galaxie.
Um die entferntesten Galaxien zu erfassen, die jemals beobachtet wurden, entwickelte das SDF-Team einen speziellen Filter, der nur Licht mit einem engen Wellenlängenbereich von 908 bis 938 Nanometern durchlässt. Diese Wellenlängen entsprechen der 122-Nanometer-Emissionslinie nach einer Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren. Das Team installierte den Spezialfilter und zwei weitere Filter mit kürzeren und längeren Wellenlängen, die den Spezialfilter in Klammern setzen, auf der Suprime-Cam Subaru Prime Focus Camera des Subaru-Teleskops und führte von April bis Mai 2002 ein umfangreiches Beobachtungsprogramm durch. Suprime-Cam hat Die Fähigkeit, einen Bereich des Himmels, der so groß wie der Vollmond ist, in einer Belichtung abzubilden, ist eine einzigartige Fähigkeit unter Instrumenten mit Teleskopen der 8-m-Klasse und größeren Teleskopen und eignet sich hervorragend für Vermessungen sehr schwacher Objekte über große Bereiche des Himmels . Durch Beobachtung eines Mondbereichs von der Größe des Mondes für bis zu 5,8 Stunden in jedem Filter konnte das Team über 50.000 Objekte erkennen, darunter viele extrem schwache Galaxien. Durch die Auswahl von Galaxien, die nur im Spezialfilter hell und vorzugsweise rot waren, fand das Team 70 Kandidaten für Galaxien mit einer Rotverschiebung von 6,6 (oder einer Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren; siehe Abbildung 1).
Im Juni 2002 beobachtete das Team mit FOCAS, der Kamera für schwache Objekte und dem Spektrographen am Subaru-Teleskop 9 der 70 Kandidaten und bestätigte das allgemein rote Erscheinungsbild und eine Emissionslinie mit einer ausgeprägten Asymmetrie in 2 Objekten (siehe Abbildung 2). und festgestellt, dass ihre Rotverschiebungen 6,58 und 6,54 sind. Das Licht dieser Galaxien wurde vor 12,8 Milliarden Jahren emittiert, als das Universum nur 900 Millionen Jahre alt war. Die zuvor am weitesten entfernte Galaxie mit einer Rotverschiebung von 6,56 wurde entdeckt, indem ein großer Galaxienhaufen betrachtet wurde, der Licht von weiter entfernten Galaxien mit einem Gravitationslinseneffekt verstärken kann. (Siehe unsere Pressemitteilung vom Mai 2002, http://www.naoj.org/Latestnews/200205/UH/index.html.) Die SDF-Beobachtungen sind das erste Mal, dass mehrere Galaxien in so großer Entfernung und ohne beobachtet wurden die Hilfe von Gravitationslinsen. Die Galaxie mit einer Rotverschiebung von 6,58 ist die am weitesten entfernte Galaxie, die jemals beobachtet wurde.
Das SDF-Team erwartet, durch fortgesetzte Beobachtungen viel weiter entfernte Galaxien zu finden. Bevor sich die ersten Sterne und Galaxien bildeten, befand sich das Universum in einem Stadium, das Astronomen „das dunkle Zeitalter des Universums“ nennen. Zu bestimmen, wann das dunkle Zeitalter zu Ende ist, ist eine der wichtigsten astronomischen Fragen unserer Zeit. Die Kernmitglieder des Teams, Keiichi Kodaira von der Graduate University of Advanced Studies in Japan, Nobunari Kashikawa vom National Astronomical Observatory in Japan und Yoshiaki Taniguchi von der Tohoku University, hoffen, dass sie durch die Entdeckung einer statistisch signifikanten Anzahl entfernter Galaxien beginnen können charakterisieren die Galaxien, die das Ende des dunklen Zeitalters des Universums ankündigten.
Originalquelle: Subaru-Pressemitteilung
