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Autor: Ralph-Mirko Richter / 08. April 2015, 20:57 Uhr

ALMA: Ein Einsteinring um die Galaxie SDP.81

Aufnahmen, welche im Oktober 2014 mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) angefertigt wurden, zeigen den fast perfekten Gravitationslinsen-Einsteinring einer weit entfernten Galaxie in einer bisher unerreichten Auflösung.

Quelle: ESO, National Radio Astronomy Observatory
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ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF

Bild vergrößernDie hell-orange Zentralregion des hier gezeigten Einsteinrings zeigt den Staub in der zwölf Milliarden Lichtjahre entfernt gelegenen Galaxie SDP.81. Die umgebenden, etwas weniger aufgelösten Bereiche des Rings zeigen das Licht im Millimeterwellenlängenbereich, welches von Kohlenstoffdioxid und Wassermolekülen emittiert wird.
(Bild: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF)
Das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (kurz "ALMA") ist das größte derzeit auf der Erde verfügbare Radioteleskop. Es handelt sich hierbei um einen aus 66 einzelnen Antennen mit Durchmessern von bis zu 12 Metern bestehenden Teleskopverbund, welcher sich in einer Höhe von 5.100 Metern über dem Meeresspiegel auf dem Chajnantor-Hochplateau in der nordchilenischen Atacama-Wüste befindet. Die ALMA-Antennen sind beweglich und können mittels zwei spezieller Transporter so auf dem Hochplateau angeordnet werden, dass sich zwischen den einzelnen Antennen Abstände zwischen 150 Metern bis hin zu maximal 15 Kilometern ergeben. Durch die Möglichkeit solcher Abstandsänderungen wird das ALMA zu einer Art gigantischem "Zoomteleskop" (Raumfahrer.net berichtete).

Gegen Ende des Jahres 2014 wurde mit ALMA eine 'Long Baseline'-Kampagne durchgeführt. Diese Beobachtungen dienten dazu, die Fähigkeit des Teleskopverbunds, auch extrem feine Details von zu untersuchenden Beobachtungsobjekten aufzulösen, zu testen und zu verifizieren. Um das wissenschaftliche Potential von ALMA in seiner größtmöglichen Konfiguration aufzuzeigen mussten die einzelnen Antennen dabei in ihrem größtmöglichen Abstand von bis zu 15 Kilometern angeordnet sein.

Für die entsprechende Testkampagne wurden von den beteiligten Wissenschaftlern fünf Beobachtungsziele ausgewählt, welche über sehr unterschiedliche Eigenschaften verfügten. Hierbei handelte es sich um den von einer protoplanetaren Scheibe umgebenen Stern HL Tauri, den Stern Mira im Sternbild Cetus (zu deutsch "Walfisch), den Quasar 3C138, den im Haupt-Asteroidengürtel unseres Sonnensystems gelegenen Asteroiden (3) Juno und um die erst vor wenigen Jahren mit dem ESA-Weltraumteleskop Herschel entdeckte Galaxie SDP.81.

ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF; NASA/ESA Hubble, T. Hunter (NRAO)

Bild vergrößernDer Einsteinring der Galaxie SDP.81 wurde mit dem Radioteleskopverbund ALMA und unter anderem mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen. Die im Millimeterwellenlängenbereich aufgezeichneten Daten von ALMA sind hier in rötlichen Farbtönen wiedergegeben. Die besonders scharfen Abschnitte des Rings zeigen die Strahlung von warmen Staubpartikeln in der Hintergrundgalaxie SDP.81. Diffuse Bereiche der Abbildung zeigen das dortige 'Leuchten' von Kohlenmonoxidgas. Das bläuliche Leuchten stellt dagegen sichtbares Licht dar, welches mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurde, das eine deutlich geringere Auflösung erreichte. Die Daten des HST enthüllen dagegen vor allem die elliptische Vordergrundgalaxie, welche durch ihre Schwerkrafteinflüsse als Gravitationslinse wirkt und dadurch letztendlich den Einsteinring erzeugt.
(Bild: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF; NASA/ESA Hubble, T. Hunter (NRAO))
Ein fast perfekter Einsteinring

Bei der Galaxie SDP.81 handelt es sich um eine weit von unserem Sonnensystem entfernt gelegene Galaxie mit einer dort erfolgenden aktiven Sternentstehung. Die hier gemessene Rotverschiebung von z=3,042 weist dabei auf eine Entfernung von fast zwölf Milliarden Lichtjahren hin.

Eine massereiche Galaxie, welche unserer Heimatgalaxie dagegen mit einer Entfernung von 'lediglich' vier Milliarden Lichtjahren vergleichsweise nah ist, und die sich genau auf der 'Sichtlinie' zwischen der Erde und der Galaxie SDP.81 befindet, wirkt bei diesen Beobachtungen als eine Gravitationslinse.

Bedingt durch diese Konstellation ist im Fall von SDP.81 ein fast perfekter Gravitationslinsen-Einsteinring erkennbar. Ein derartiges Phänomen wurde bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts von dem Physiker Albert Einstein im Rahmen von dessen Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt, konnte bisher aber - bedingt durch das seltenen Auftreten der hierfür benötigten Konstellationen - nur in wenigen Fällen beobachtet werden.

Der Einsteinring der Galaxie SDP.81 erstreckt sich über eine Fläche mit einem Durchmesser von rund drei Bogensekunden und erscheint damit in etwa so groß wie der Planet Neptun. Die Auflösung des ALMA-Teleskopverbundes im Bereich der langen Basislinien erreichte bei der Beobachtung dieses Rings im Oktober 2014 einen Wert von 23 Millibogensekunden und übertraf somit die Auflösung aller anderen Teleskope, welche bisher zu dessen Beobachtung verwendet wurden, deutlich. Auf den ALMA-Daten sind feine Strukturen in dem Einsteinring der Galaxie SDP.81 erkennbar, die zuvor selbst auf den Aufnahmen des Hubble Space Telescope nicht sichtbar waren.

"Wir werden jetzt versuchen, diese mit einer erstaunlichen Detailgenauigkeit versehenen ALMA-Aufnahmen zu entzerren und so ein 'wahres Bild' der entfernten Galaxie [SDP.81] zu erhalten", so Catherine Vlahakis, eine der an dem ALMA-Projekt beteiligten Wissenschaftlerinnen.

Durch diese weiterführenden Informationen erhoffen sich die Astronomen detaillierte Informationen über die Prozesse der Sternentstehung in dieser Galaxie, welche sich anschließend auf die Sternbildungsprozesse im gesamten jungen Universum ableiten lassen werden.

ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

Bild vergrößernDiese bisher bestaufgelöste Aufnahme des ALMA-Radioteleskopverbunds überhaupt zeigt einen Teilbereich des Einsteinrings um die Galaxie SDP.81.
(Bild: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ))
Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Beobachtung des Einsteinrings der Galaxie SDP.81 wurden am 3. April 2015 von Catherine Vlahakis et al. unter dem Titel "ALMA Long Baseline Observations of the Strongly Lensed Submillimeter Galaxy HATLAS J090311.6+003906 at z=3.042" in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters publiziert.

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