Galaxien-Archäologie mit Hightech

Im Rahmen der Long Baseline-Kampagne von ALMA ist eine eindrucksvoll detail­getreue Aufnahme einer entfernten Galaxie entstanden, deren Leuchten durch den Gravitations­linsen­effekt abgebildet wird. Das Bild zeigt eine vergrößerte Ansicht der Stern­entstehungs­regionen der Galaxie, die in ihrer Art einzigartig sind, da sie noch nie solcher Detail­schärfe in einer solch weit entfernten Galaxie beobachtet werden konnten. Die neuen Beobach­tungen sind um einiges detaillierter als die des Hubble-Weltraum­teleskops und bringen Ansammlungen von Sternentstehung in der Galaxie zum Vorschein, die riesigen Versionen des Orionnebels gleichen.

Im Rahmen der Long-Baseline-Kampagne von ALMA sind aufregende Beobachtungen durchgeführt worden, durch die detaillierte, teils noch nie dagewesene Informationen über das Inventar des nahen und fernen Universums gewonnen werden konnten. Die Beobachtungen wurden Ende 2014 als Teil der Kampagne durch­geführt, die eine entfernte Galaxie mit dem Namen HATLAS J090311.6+003906 alias SDP.81 zum Ziel hatte. Ihr unterliegt dem Gravitations­linsen­effekt, eine große Galaxie, die sich zwischen SDP.81 und ALMA befindet, agiert dabei als Linse, krümmt das Licht der weiter entfernten Galaxie und erzeugt ein nahezu perfektes Beispiel eines als Einsteinring bekannten Phänomens.

Gleich mehrere Gruppen von Wissenschaftlern haben unabhängig voneinander die ALMA-Daten von SDP.81 ausgewertet. Die Flut an Veröffent­lichungen geben noch nie dagewesene Informationen über die Galaxie preis und enthüllen Details über Struktur, Inhalt, Bewegung und andere physikalische Eigenschaften.

ALMA arbeitet als Interferometer, dies bringt feine, niemals zuvor beobachtete Strukturen innerhalb von SDP.81 in Form von staubhaltigen Wolken zum Vorschein, von denen man annimmt, dass sie gigantische Lager­stätten kalten molekularen Gases sind – die Geburts­stätten von Sternen und Planeten. Diese Modelle waren in der Lage, die Verzerrungen herauszu­korrigieren, die durch die vergrößernde Gravitations­linse entstanden sind.

Demzufolge sind die Beobachtungen mit ALMA so scharf, dass die Forscher Klumpen mit Sternentstehung in der Galaxie bis zu einer Größe von hundert Lichtjahren beobachten können, also vergleichbar mit riesigen Versionen des Orionnebels, die am entfernten Ende des Universums tausend Mal mehr neue Sterne produzieren. Es ist die erste Beobachtung dieses Phänomens in solch einer enormen Entfernung.

„Die rekonstruierte ALMA-Aufnahme der Galaxie ist sehr eindrucksvoll“, sagt der beteiligte Forscher Rob Ivison, wissen­schaft­licher Direktor der ESO. „ALMAs gewaltige Licht­sammel­fläche, die große räumliche Trennung der Antennen und die stabile Atmosphäre über der Atacama­wüste führten zu einer ausgezeichneten Detailschärfe, sowohl im Bild als auch im Spektrum. Das bedeutet, dass wir sehr empfindliche Beobachtungen durchführen können und Information darüber erhalten, wie sich die unterschiedlichen Teile der Galaxie bewegen. Wir können Galaxien am anderen Ende des Universums untersuchen und dabei zusehen wie sie verschmelzen und eine riesige Zahl an Sternen produzieren. Das ist die Motivation, die mich morgens aufstehen lässt!“

Mithilfe der spektralen Informationen, die mit ALMA gesammelt wurden, konnten Astronomen auch messen, wie die entfernte Galaxie rotiert und daraus ihre Masse abschätzen. Die Daten zeigen, dass das Gas in dieser Galaxie instabil ist; große Klumpen fallen in sich zusammen und werden sich wahrscheinlich in der Zukunft in neue riesige Stern­entstehungs­gebiete verwandeln.

Die Modellierung des Linsen­effekts deutet insbesondere auch auf die Existenz eines super­masse­reichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Vorder­grund­galaxie hin, die als Linse dient. Der zentrale Teil von SDP.81 ist zu lichtschwach, um wahrgenommen werden zu können, was zu dem Schluss führt, dass die Galaxie im Vordergrund ein supermas­sereiches Schwarzes Loch mit dem mehr als Zwei- bis Dreihundert­millionen­fachen der Sonnenmasse enthält.

ESON / OD