Die erste Nahaufnahme von Sternfabriken im fernen Universum

Bei der Beobachtung eines massereichen Galaxienhaufens mit einem Submillimeter-Teleskop haben Astronomen eine neue Galaxie entdeckt, die noch deutlich weiter entfernt ist: 10 Milliarden Lichtjahre.

Erstmalig haben Astronomen mit dem APEX-Teleskop Ausmaße und Helligkeiten von Sternentstehungsregionen in einer Galaxie bestimmen können, deren Licht 10 Milliarden Jahre benötigt, um uns zu erreichen; wir sehen die Galaxie heute so wie sie vor 10 Milliarden Jahren war. Eine kosmische "Gravitationslinse" vergrößert das Bild der Galaxie und verschafft uns damit eine Nahansicht, die weit jenseits des Leistungsvermögens heutiger Teleskope liegt. Das erlaubt es den Astronomen, zu zeigen, dass die Galaxien des frühen Universums Stätten äußerst aktiver, geradezu hektischer Sternentstehung waren. Die Sternkinderstuben von damals bildeten mehr als einhundert mal so schnell neue Sterne wie heutzutage.

Bei der Beobachtung eines massereichen Galaxienhaufens mit dem Atacama Pathfinder Experiment (APEX), einem Teleskop für Submillimeterwellenlängen, haben Astronomen eine neue und außergewöhnlich helle Galaxie entdeckt. Die Galaxie, die den Namen SMM J2135-0102 erhalten hat, ist deutlich weiter entfernt als der Galaxienhaufen. In ihrem Inneren werden kosmische Staubteilchen von Sternenlicht aufgeheizt, leuchten hell auf und machen SMM J2135-0102 so zur hellsten weit entfernten Galaxie am Submillimeterhimmel.

"Wir hatten überhaupt nicht damit gerechnet, an dieser Stelle des Himmels ein derart ungewöhnlich helles Objekt zu finden. Wie sich schnell herausstellte, handelt es sich um eine weiter entfernte und bis dahin unbekannte Galaxie, deren Bild von dem näher gelegenen Galaxienhaufen vergrößert wird", so Carlos De Breuck von der Europäischen Südsternwarte ESO, ein Mitglied des Wissenschaftlerteams, das die Galaxie untersucht hat. De Breuck war für die Beobachtungen am APEX-Teleskop verantwortlich, bei denen die Galaxie entdeckt wurde. APEX befindet sich 5000 m über dem Meeresspiegel auf der Chajnantor-Hochebene in den chilenischen Anden.

Dass die neu entdeckte Galaxie SMM J2135-0102 so hell erscheint, ist allein demim Vordergrund liegenden, massiven Galaxienhaufenl zu verdanken. Dessen gewaltige Masse wirkt als sogenannte Gravitationslinse und lenkt das Licht der weiter entfernten Galaxie so ab, dass wir die Galaxie dadurch - hnlich wie beim Blick durch ein Teleskop aufgehellt und vergrößert sehen. Dass Galaxienhaufen und Galaxie exakt so angeordnet sind, dass sie als Gravitationslinse wirken ist allein dem Zufall zu verdanken. Den Astronomen beschert dies ein natürliches Teleskop mit 32facher Vergrößerung.

"Dank des Vergrößerungseffektes werden unglaublich viele Details der Galaxie sichtbar - und das, obwohl diese Galaxie so weit entfernt ist, dass ihr Licht rund 10 Milliarden Jahre lang unterwegs ist, bevor es uns erreicht", erklärt Mark Swinbank von der Universität Durham, der Hauptautor des Fachartikels, in dem die Entdeckung beschrieben wird. "Wir haben die Galaxie anschließend mit dem Submillimeter Array auf Hawaii genauer untersucht, und konnten dabei sogar die Details in einzelnen der Staubwolken ausmachen, in denen Sterne entstehen."

Dank der Vergrößerung wird es möglich, dass innerhalb der Galaxie Sternentstehungs-Wolken bis zu einer Größe von nur wenigen hundert Lichtjahren ausmachen. Das ist nur wenig größer als die größten derartigen Wolken innerhalb unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Ohne die Hilfe der Gravitationslinse läge solcher Detailreichtum weit jenseits des Leistungsvermögens heutiger Teleskope. Erst zukünftige Teleskope wie ALMA, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, das derzeit auf derselben Hochebene errichtet wird, auf der auch APEX seinen Standort hat, werden vergleichbare Detailschärfe auch ohne kosmische Hilfestellung erreichen. Der Zufallsfund ist daher für die Astronomen eine einzigartige Vorschau darauf, was bereits in wenigen Jahren mit ALMA möglich sein wird.

Die "Sternfabriken" in SMM J2135-0102 sind zwar ähnlich groß wie die Sternentstehungsgebiete der Milchstraße, aber einhundert mal heller. Das deutet darauf hin, dass weit entfernte Galaxien - die wir dementsprechend in vergleichsweise frühen Entwicklungsstadien sehen - deutlich in punkto Sternentstehung ungleich aktiver sind als Galaxien, die uns räumlich und zeitlich näher stehen. Insgesamt erinnern die Wolken in SMM J2135-0102 stark an die innersten und dichtesten Bereiche ähnlicher Wolken in unserer kosmischen Nachbarschaft.

"Wir schätzen, dass in SMM J2135-0102 jedes Jahr Sterne mit insgesamt rund 250 mal der Masse der Sonne entstehen" ergänzt de Breuck. "Sternentstehung in derart großen Staubwolken läuft zwar anders ab als in unserer unmittelbaren Umgebung, aber unsere Beobachtungen legen nahe, dass man die Physik, die den dichten Kerngebieten derSternkinderstuben in benachbarten Galaxien zugrundeliegt, auf die Sternentstehung in diesen viel weiter entfernten Galaxien übertragen können sollte."

Max-Planck-Institut für Astronomie

Weitere Infos:

• A. M. Swinbank et al.: Intense star formation within resolved compact regions in a galaxy at z=2.3. Nature advance online publication 21. März 2010
  dx.doi.org/10.1038/nature08880
• Weitere Informationen über APEX:
  www.eso.org/public/germany/astronomy/teles-instr/apex.html

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