Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München 15. Juli 2024.

15. Juli 2024 – Unser Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt, und mit der Zeit sind aus kleinsten Ungleichheiten am Anfang die großen Strukturen gewachsen, die Teleskope am Nachthimmel sehen können: Galaxien wie unsere Milchstraße, Galaxienhaufen und noch größere Ansammlungen von Materie oder dünne Strukturen aus Gas und Staub. Wie schnell dieses Wachstum vonstattengeht, hängt zumindest im heutigen Universum von einer Art Ringkampf der Naturkräfte ab: Was hat die Dunkle Materie, die durch ihre Gravitation alles zusammenhält und noch mehr Materie anzieht, der Dunklen Energie, die das Universum auseinandertreibt, entgegenzuhalten? „Diesen Ringkampf können wir beobachten, wenn wir die Strukturen am Himmel genau vermessen können“, sagt LMU-Astrophysiker Daniel Grün. Dazu dienen teleskopische Beobachtungsprojekte, die große Teile des Himmels sehr genau in Bilder fassen: zum Beispiel der Dark Energy Survey mit dem Blanco-Teleskop in Chile und der kürzlich in Betrieb genommene Euclid-Satellit. An beiden Projekten sind LMU-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen, teilweise in leitender Funktion, seit Jahren beteiligt.

Bisher größter Datensatz ausgewertet
Die Entfernungen der einzelnen Strukturen und Galaxien von uns exakt zu bestimmen, ist dabei nicht immer einfach, aber besonders wichtig. Denn je größer der Abstand, desto länger war das Licht einer Galaxie zu uns unterwegs und desto älter ist also die Momentaufnahme des Universums, die wir uns aus ihrer Beobachtung machen können. Eine wichtige Quelle dafür ist etwa die beobachtete Farbe einer Galaxie, die von erdgebundenen Teleskopen wie dem Blanco-Teleskop oder Satelliten wie Euclid gemessen wird. Eine neue Arbeit eines Teams um Jamie McCullough und Daniel Grün im Fachmagazin MNRAS liefert nun mit dem bisher größten Datensatz Aufschluss darüber, was die Farbe verschiedener Galaxien tatsächlich über ihren wahren Abstand aussagt.

Prinzipiell lässt sich der Abstand einer Galaxie mithilfe von Spektroskopie genau bestimmen. Dabei vermisst man die Spektrallinien von entfernten Galaxien. Diese scheinen, da das Universum sich insgesamt ausdehnt, eine umso größere Wellenlänge zu haben, je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist. Denn das Licht ferner Galaxien erfährt auf dem langen Weg zu unserer Galaxie ebenfalls eine Ausdehnung der Wellenlänge. Dieser Effekt, Rotverschiebung genannt, verändert auch die scheinbaren Farben, die die Instrumente im Bild der Galaxie messen. Sie wirken röter, als sie sind. Das ist ähnlich dem Dopplereffekt beim Martinshorn eines sich entfernenden Krankenwagens, bei dem sich auch die scheinbare Tonhöhe beim Vorbeifahren ändert.

Keine zwei Galaxien sind gleich
Jamie McCullough, Doktorandin an der LMU und an der Universität Stanford, verwendete für ihre Analyse spektroskopische Messungen des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) und verknüpfte sie mit dem bisher größten Datensatz zur genauen Messung von Galaxien-Farben (KiDS-VIKING). Konkret kombinierten die Autoren spektroskopische Daten von DESI aus insgesamt 230.000 Galaxien mit den Farben dieser Galaxien in der KiDS-VIKING-Durchmusterung und bestimmten daraus jeweils die Beziehung zwischen der Entfernung einer Galaxie von uns und ihrer beobachteten Farbe und Helligkeit. Keine zwei Galaxien im Universum sind gleich, aber für jede Klasse ähnlicher Galaxien gibt es eine spezielle Beziehung zwischen beobachteter Farbe und Rotverschiebung. „Wenn wir Entfernungsinformationen mit Messungen der Form von Galaxien kombinieren können, können wir aus den Lichtverzerrungen großräumige Strukturen herauslesen“, sagt Jamie McCullough. Die Ergebnisse der Studie ermöglichen es, aus den Aufnahmen von Euclid oder dem Dark Energy Survey für jede in Bildern beobachtete Galaxie den wahren Abstand statistisch zu bestimmen.

DESI-Kartierung: Interaktiver Flug durch Millionen von Galaxien
So besteht dann die Möglichkeit, aus den beobachteten Verzerrungen der Galaxienbilder selbst etwas über das Verhalten kosmischer Strukturen heute und vor Milliarden von Jahren zu lernen und diese besser zu verstehen. Dies gibt einen Einblick in die Entwicklungsgeschichte des Universums. Um den Verlauf der Strukturbildung mit der Zeit beobachten zu können, muss man nicht Milliarden Jahre warten, sondern nur die Struktur in verschiedenen Abständen von der Erde vermessen. Mit Bildern alleine ist das aber fast unmöglich, denn der Abstand einer Galaxie von uns ist nicht ohne Weiteres aus ihrer Erscheinung in einem Bild abzulesen. Die Studie von Jamie McCullough enthält den Schlüssel hierzu: Sie liefert ein Modell dafür, was die scheinbare „Farbe“ einer Galaxie uns über ihren Abstand von uns aussagt.

Beobachten, wie Dunkle Materie und Dunkle Energie miteinander ringen
Das große Ziel ist es, aus dieser genauen Verteilung und Beobachtung unterschiedlich weit entfernter Galaxien etwas über den Ringkampf der Naturkräfte abzuleiten, also dem Ringen von Dunkler Materie und Dunkler Energie. „Um wirklich zu sehen, was passiert, muss man die einzelnen Runden dieses Ringkampfes betrachten können“, sagt Grün. Denn die Dunkle Energie ist aktuell im Begriff aufzuholen und die Bildung größerer Massenansammlungen im Universum womöglich ganz aufzuhalten. „So erst verstehen wir, was die Dunkle Materie und die Dunkle Energie denn eigentlich sind und wer von ihnen den kosmischen Ringkampf am Ende gewinnen wird.“

Originalpublikation:
J McCullough, D Gruen, A Amon, A Roodman, D Masters, A Raichoor, D Schlegel, R Canning, F J Castander, J DeRose, R Miquel, J Myles, J A Newman, A Slosar, J Speagle, M J Wilson, J Aguilar, S Ahlen, S Bailey, D Brooks, T Claybaugh, S Cole, K Dawson, A de la Macorra, P Doel, J E Forero-Romero, S Gontcho A Gontcho, J Guy, R Kehoe, A Kremin, M Landriau, L Le Guillou, M Levi, M Manera, P Martini, A Meisner, J Moustakas, J Nie, W J Percival, C Poppett, F Prada, M Rezaie, G Rossi, E Sanchez, H Seo, G Tarlé, B A Weaver, Z Zhou, H Zou, DESI Collaboration, DESI complete calibration of the colour–redshift relation (DC3R2): results from early DESI data, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 531, Issue 2, June 2024, Pages 2582–2602, doi.org/10.1093/mnras/stae1316
https://academic.oup.com/mnras/article/531/2/2582/7686823?login=false
pdf: https://academic.oup.com/mnras/article-pdf/531/2/2582/58061300/stae1316.pdf

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• Kosmologie

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Unser schönes Universum, so majestätisch, so… ewig und unveränderlich? Als Albert Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts seine Allgemeine Relativitätstheorie auf das gesamte Universum anwendete, gefiel ihm das Ergebnis ganz und gar nicht: Denn seine Theorie sagte ihm, dass das Universum entweder expandiert oder kollabiert, kurzum, dass es dynamisch sei. Das passte Einstein ganz und gar nicht – denn er lebte zu einer Zeit, als das Universum nur aus einer einzigen Galaxie, nämlich unserer Milchstraße, bestand und dazu noch statisch war. Das heißt: Das Universum verändert sich nicht. Es wird weder größer noch kleiner, es hat es schon immer gegeben und es wird es immer geben.

Wie ist unser Universum entstanden? Albert Einsteins Antwort darauf lautete zunächst: gar nicht.

In dieser Folge von AstroGeo erzählt Franzi die Geschichte vom Anfang des Anfangs: Ein belgischer Priester und Physiker namens Georges Lemaître fand als Erster heraus, dass sich das Universum ausdehnt – und ist von dieser Expansion des Universums zu seinem Anfang gelangt, den wir heute Urknall nennen.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist ein Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• AstroGeo Podcast
• Urknall

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Quelle: Julia Weiler Ruhr-Universität Bochum (RUB), mit besonderer Genehmigung, 30. Mai 2023.

„Es ist die größte Mission, an der ich je beteiligt war“, stellt Prof. Dr. Hendrik Hildebrandt fest, als er über den Start des Weltraumteleskops Euclid spricht. Rund 1.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Europa, Nordamerika und Japan sind Teil des Forschungskonsortiums, das die Mission vorbereitet hat. Mit Spannung fiebert Hildebrandt nun dem Start entgegen. Im Juli 2023 wird es so weit sein.

Euclid will nichts weniger, als eine der größten physikalischen Fragen unserer Zeit beantworten. Nämlich warum sich die Expansion des Universums beschleunigt. „Das Phänomen ist seit über 20 Jahren bekannt“, sagt Hildebrandt, Leiter des Lehrstuhls Beobachtende Kosmologie an der Ruhr-Universität Bochum. „Aber warum tut unser Universum das? Steckt zum Beispiel ein bestimmtes Teilchen dahinter? Es gibt viele Theorien, die alle unter dem Sammelbegriff der Dunklen Energie zusammengefasst werden.“ Die Natur dieser mysteriösen kosmologischen Größe will das Euclid-Team ergründen.

Euclid erfasst die Geschichte der Weltallexpansion
Voraussichtlich sechs Jahre wird das Teleskop Daten sammeln. Eine Rakete des Unternehmens SpaceX befördert es an einen Ort, der rund viermal weiter entfernt als der Mond auf der sonnenabgewandten Seite der Erde liegt. Von hier aus wird Euclid ein Drittel des Himmels beobachten. Anders als das Hubble-Weltraumteleskop, das nur einen winzigen Ausschnitt des Himmels sieht, hat Euclid quasi ein Weitwinkelobjektiv. Bilder von rund zehn Milliarden Galaxien soll es aufnehmen. Dabei schaut es in bis zu zehn Milliarden Lichtjahre Entfernung und somit auch in die Vergangenheit des Universums. Da das Licht eine gewisse Zeit braucht, um die Erde zu erreichen, sehen die Kosmologinnen und Kosmologen, je weiter sie schauen, immer frühere Zustände des Universums.

Anhand der Euclid-Daten kann das Team herausfinden, wie die Materie im Weltall im Lauf der Zeit verteilt war und wie sich Strukturen daraus gebildet haben. „Nach dem Urknall war die Materie relativ gleichmäßig verteilt“, sagt Hendrik Hildebrandt. „Durch Dichtefluktuationen gab es aber Bereiche, die ein wenig dichter waren als andere – und die Gravitation hat dafür gesorgt, dass sie im Lauf der Zeit immer dichter wurden.“ So entstanden Strukturen wie die Galaxien oder Galaxienhaufen.

Um die Materieverteilung zu bestimmen, nutzen die Forschenden den Gravitationslinseneffekt. Dazu müssen sie auch die Entfernung aller Galaxien zur Erde messen, was mithilfe der Rotverschiebung erfolgt: Das Licht von weiter entfernt liegenden Galaxien ist zu röteren Wellenlängen verschoben.

Experte für die Datenkalibrierung
Hier kommt die Expertise von Hendrik Hildebrandts Team ins Spiel. Denn die Rotverschiebung ist gar nicht so leicht zu detektieren. Üblicherweise dienen spektroskopische Messungen als Grundlage. In einem Spektrum wird exakt aufgetragen, wie viel Licht eine Galaxie bei verschiedenen Wellenlängen aussendet, sodass präzise bestimmt werden kann, wie stark das Licht in den roten Bereich verschoben ist. Spektroskopische Messungen sind allerdings aufwendig und unmöglich für Milliarden von Galaxien zu machen. Euclid nutzt daher ein vereinfachtes Verfahren: Es nimmt Bilder der Galaxien in verschiedenen Farbbändern auf, zum Beispiel eines im blauen, eines im grünen und eines im roten Bereich. Dann ermitteln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Helligkeit der Galaxie in den verschiedenen Bildern. So lässt sich die ungefähre Rotverschiebung messen.

Damit das Verfahren möglichst exakt funktioniert, muss es kalibriert werden. Genau hierfür ist Hendrik Hildebrandt weltweit als Experte gefragt. Seit 2011 ist er in die Vorbereitungen zur Euclid-Mission involviert. In Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen in Genf, Marseille, Barcelona, Bologna, München und Pasadena nutzt er Daten von anderen Beobachtungsprogrammen, die in kleinen Himmelsbereichen spektroskopische Messungen durchgeführt haben. „In diesen Bereichen gibt es also Galaxien, über die wir sehr viel wissen“, erklärt der Kosmologe. Dieses Wissen können die Forschenden mit den neuen Aufnahmen von Euclid zusammenbringen und so eine Kalibrierung vornehmen, die es erlaubt, die Rotverschiebung auch von neu aufgenommenen Galaxien zuverlässig zu bestimmen. Denn nur wenn die Entfernungen der Galaxien bekannt sind, kann das Euclid-Team die Expansionsgeschichte und das Wachstum der Strukturen des Universums rekonstruieren – und so ergründen, was es mit der Dunklen Energie auf sich hat.

Relativitätstheorie im Test und Neutrinos auf der Waage
Nebenbei widmet sich Euclid noch anderen Fragen, testet zum Beispiel Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie in Bereichen, in denen sie noch nie zuvor auf den Prüfstand gestellt worden ist. Oder versucht, die bislang unbekannte Masse von Neutrinos – einer Sorte von Elementarteilchen – zu ermitteln. Aber das ist noch nicht alles.

„Euclid wird an so viele Stellen des Universums gucken, wo wir noch nie zuvor hingeschaut haben“, schwärmt Hendrik Hildebrandt. „Wenn wir in 20 bis 30 Jahren auf die Mission zurückschauen, wird sie uns eventuell gar nicht für die Erkenntnisse in Erinnerung geblieben sein, für die sie ursprünglich gestartet wurde – sondern für Dinge, die wir jetzt gar nicht erwarten. Das ist vielleicht das Tollste an dieser Mission: Ich bin mir fast sicher, dass wir etwas Neues finden werden. Etwas, womit wir jetzt noch gar nicht rechnen.“

Kooperationspartner
Für die Kalibrierung der Rotverschiebung arbeitet Hendrik Hildebrandt mit Partnerinnen und Partnern der Ludwig-Maximilians-Universität München, des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik, der Universität Genf, dem Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, der Universitat Autònoma de Barcelona, dem Osservatorio di Astrofisica di Bologna sowie dem California Institute of Technology in Pasadena, USA, zusammen.

Mission Euclid
Euclid ist eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA, kurz für European Space Agency. Auch die US-Organisation NASA ist involviert. Im Juli 2023 wird die Mission ein Weltraumteleskop ins All befördern, das eine vergleichbare Auflösung wie das Hubble-Teleskop haben wird, aber einen viel größeren Ausschnitt des Himmels betrachten kann. Euclid schaut quasi überall hin, wo der Blick nicht durch die Milchstraße oder die Ekliptik – die Ebene, in der Sonne und Planeten aus Sicht der Erde liegen – versperrt ist. Es wird aber noch etwas Zeit vergehen, bis es an seinem Bestimmungsort angekommen ist, Daten gesendet hat und diese prozessiert und analysiert sind. Die Forschenden rechnen mit den ersten kosmologischen Auswertungen frühestens in der ersten Jahreshälfte 2025.

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• Weltraumteleskop EUCLID

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Inzwischen hat man sich fast an den Gedanken gewöhnt, dass unser Universum voll Dunkler Materie ist. Die können wir zwar nicht sehen, aber sie sorgt dafür, dass unsere Galaxienhaufen und auch unsere eigene Galaxie nicht auseinanderfliegen. Tatsächlich ist die Dunkle Materie für uns überlebenswichtig. Da verzeiht man ihr es gerne, dass sie wohl 84 Prozent aller Materie im Universum ausmacht.

Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fieberhaft nach der Dunklen Materie – was gar so einfach ist, wenn man bedenkt, dass niemand sie sehen kann und sie auch nicht mit sichtbarer Materie wechselwirkt, aus der wir und alles um uns herum besteht. Aber, da sind Forschende fast sicher: Es muss sie einfach geben, die Dunkle Materie.

Aber warum muss es Dunkle Materie in unserem Universum geben? In dieser Folge von AstroGeo erzählt Franzi den Anfang einer Geschichte: die der Entdeckung der Dunklen Materie. Sie fängt mit dem Coma-Galaxienhaufen an, dessen Galaxien zu schnell unterwegs sind, hin zu Galaxien, die zu schnell rotieren und eigentlich auseinanderfliegen sollten. Doch schließlich war es die Kosmologie und der Wunsch nach einem ganz bestimmten Universum, welche der Dunklen Materie zu ihrem Durchbruch auf der wissenschaftlichen „Most-Wanted“-Liste verhalfen.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• Dunkle Materie
• AstroGeo Podcast

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Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München 3. Mai 2023.

3. Mai 2023 – Als Edwin Hubble in den 1920er Jahren entfernte Galaxien beobachtete, machte er eine bahnbrechende Entdeckung: Das Universum dehnt sich immer weiter aus. Erst 1998 fanden Wissenschaftler durch die Beobachtung von Supernovae des Typs Ia schließlich heraus, dass sogar eine Phase der beschleunigten Expansion begonnen hat. „Um diese Beschleunigung zu erklären, brauchen wir eine Quelle“, sagt Joe Mohr, Astrophysiker an der LMU. „Und diese Quelle bezeichnen wir als „Dunkle Energie“.“ Sie liefert eine Art „Antischwerkraft“ zur Beschleunigung der kosmischen Expansion. Wissenschaftlich betrachtet ist die Existenz der Dunklen Energie und der kosmischen Beschleunigung durchaus überraschend, deutet sie doch darauf hin, dass unser derzeitiges Verständnis der Physik entweder unvollständig oder falsch ist. Welche Bedeutung die Entdeckung der sich beschleunigenden Expansion hat, zeigt der 2011 verliehene Nobelpreis für Physik. „Die Natur der Dunklen Energie ist längst zum nächsten Nobelpreisproblem geworden“, sagt Mohr.

Nun hat I-Non Chiu von der National Cheng Kung University in Taiwan gemeinsam mit den LMU-Astrophysikern Matthias Klein, Sebastian Bocquet und Joe Mohr eine erste Untersuchung der Dunklen Energie mit Hilfe des Röntgenteleskops eRosita veröffentlicht, im Focus stehen dabei die Galaxienhaufen im Universum.

Die von der Dunklen Energie möglicherweise verursachte Antigravitation drückt Materie auseinander und verhindert die Bildung großer kosmischer Objekte, die sich sonst aufgrund der anziehenden Wirkung der Gravitation bilden würden. Die Dunkle Energie beeinflusst somit auch, wo und wie die größten Objekte im Universum entstehen, die „Galaxienhaufen“ mit einer Gesamtmasse von 10¹³ bis 10¹⁵ Sonnenmassen. „Wir können viel über die Natur der Dunklen Energie lernen, wenn wir die Anzahl der im Universum gebildeten Galaxienhaufen als Funktion der Zeit – oder in der Beobachtungswelt als Funktion der Rotverschiebung – zählen“, erklärt Klein.

Allerdings sind Galaxienhaufen extrem selten und schwer zu finden, was Durchmusterungen eines großen Teils des Himmels mit den empfindlichsten Teleskopen der Welt erfordert. Zu diesem Zweck startete im Jahr 2019 das eROSITA-Röntgenteleskop unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) in München, es durchmustert seitdem den Himmel auf der Suche nach Galaxienhaufen. In der sogenannten eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), einer Mini-Durchmusterung, die der Leistungsüberprüfung der folgenden All-Sky-Durchmusterung diente, wurden zunächst rund 500 Galaxienhaufen nachgewiesen. Es ist eine der größten Stichprobe massearmer Galaxienhaufen. Sie deckt die letzten 10 Jahrmilliarden in der kosmischen Entwicklung ab.

Chiu und seine Kollegen nutzten für ihre Untersuchung nicht nur die eFEDS Daten, sondern zusätzlich einen weiteren Datensatz, nämlich die optischen Daten des sogenannten Hyper-Suprime-Cam Subaru Strategic Program, das von Taiwan, Japan und Princeton University geleitet wird. Der ehemalige LMU Doktorand I-Non Chiu und seine LMU-Kollegen nutzten diese Daten, um die Galaxienhaufen in eFEDS zu charakterisieren und ihre Massen mithilfe des schwachen Gravitationslinseneffektes zu messen. Die Kombination beider Datensätze ermöglichte die erste kosmologische Studie mit Galaxienhaufen, die von eROSITA entdeckt wurden.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Dunkle Energie nach dem Vergleich zwischen den Daten und den theoretischen Vorhersagen 76 Prozent der gesamten Energiedichte im Universum ausmacht. Außerdem ergaben die Berechnungen, dass die Energiedichte der Dunklen Energie gleichmäßig im Raum und konstant in der Zeit zu sein scheint. „Unsere Ergebnisse stimmen gut mit anderen unabhängigen Ansätzen überein, wie zum Beispiel früheren Untersuchungen von Galaxienhaufen sowie solchen, die schwache Gravitationslinsen und den kosmischen Mikrowellenhintergrund verwenden“, sagt Bocquet. Bislang deuten alle Beobachtungsergebnisse, einschließlich der jüngsten Ergebnisse von eFEDS, darauf hin, dass die Dunkle Energie durch eine einfache Konstante beschrieben werden kann, die gewöhnlich als „kosmologische Konstante“ bezeichnet wird.

„Die derzeitigen Fehler bei der Bestimmung der Dunklen Energie sind zwar immer noch größer, als wir es uns wünschen würden, aber bislang nutzt unsere eFEDS-Stichprobe auch nur einen Bereich von weniger als 1 Prozent des gesamten Himmels“, sagt Mohr. Die erste Analyse könnte somit eine gute Grundlage für künftige Studien der eROSITA-Stichprobe für den gesamten Himmel sowie für andere Haufenproben bieten.

Originalpublikation:
I-Non Chiu, Matthias Klein, Joseph Mohr, Sebastian Bocquet. Cosmological constraints from galaxy clusters and groups in the eROSITA final equatorial depth survey. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023
doi.org/10.1093/mnras/stad957
https://academic.oup.com/mnras/article/522/2/1601/7110415

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• Dunkle Energie

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Quelle: MPA 28. Juli 2022.

28. Juli 2022 – Als Gravitationslinse vervielfacht und vergrößert SMACS J0723.3−7327 Bilder von Hintergrundgalaxien. Eine Familie solcher Mehrfachbilder gehört zu einer Galaxie, deren Entfernung sich mithilfe des neuen Modells auf 13 Milliarden Lichtjahre schätzen lässt. Wenn dies bestätigt wird, unterstreicht es die Bedeutung genauer Gravitationslinsenmodelle für die Identifizierung entfernter Galaxien und ihre detaillierte Untersuchung.

Das erste vom James Webb Space Telescope (JWST) veröffentlichte wissenschaftliche Bild zeigt den Galaxienhaufen SMACS J0723.3−7327. Insbesondere Galaxienhaufen können als Gravitationslinsen wirken und das Licht von Hintergrundgalaxien verstärken sowie mehrere Bilder von diesen erzeugen. Vor JWST waren hinter SMACS J0723.3−7327 insgesamt 19 Mehrfachbilder von sechs Hintergrundquellen bekannt. Die JWST-Daten enthüllten nun 27 zusätzliche Mehrfachbilder von zehn weiteren Objekten.

„In diesem ersten Schritt haben wir die Daten dieses brandneuen Teleskops verwendet, um den Linseneffekt von SMACS0723 mit großer Genauigkeit zu modellieren“, betont Gabriel Bartosch Caminha, Postdoc-Fellow am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), der Technischen Universität München und dem German Centre for Cosmological Lensing (GCCL). Die Forschenden verwendeten zunächst Daten des Hubble Space Telescopes (HST) und des Multi Unit Spectroscopic Explorers (MUSE), um ein „Pre-JWST“-Linsenmodell zu erstellen, und verfeinerten es dann mit den neu verfügbaren JWST-Nahinfrarotdaten. „Die JWST-Aufnahmen sind absolut verblüffend und wunderschön. Sie zeigen viel mehr Mehrfachbilder von Hintergrundquellen, die es uns ermöglichten, unser Massenmodell für die Gravitationslinse erheblich zu verbessern“, fügt er hinzu.

Von den neu entdeckten, gelinsten Objekten gibt es bisher noch keine Entfernungsschätzungen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwendeten ihr neues Modell für die Massenverteilung, um die Entfernung dieser Linsengalaxien abzuschätzen. Ein Objekt scheint sich demnach in der erstaunlichen Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren zu befinden (Rotverschiebung > 7,5), das heißt sein Licht wurde in den frühen Entwicklungsstadien unseres Universums emittiert. Von dieser Galaxie entstanden drei Mehrfachbilder und ihre Helligkeit wurde insgesamt um etwa das 20-fache verstärkt.

Um solche weit entfernten Objekte zu untersuchen, ist es jedoch von grundlegender Bedeutung, den Linseneffekt des Galaxienhaufens im Vordergrund genau zu beschreiben. „Unser genaues Massenmodell bildet die Grundlage für die Untersuchung der JWST-Daten“, betont Sherry Suyu, Forschungsgruppenleiterin am MPA und dem Exzellenzcluster Origins, außerordentliche Professorin an der Technischen Universität München und Gastwissenschaftlerin am Academia Sinica Institut für Astronomie und Astrophysik. „Die spektakulären JWST-Bilder zeigen eine große Vielfalt stark gelinster Galaxien, die dank unseres genauen Modells jetzt im Detail untersucht werden können“, erläutert sie.

Das neue Modell für die Massenverteilung des Vordergrundhaufens ist in der Lage, die Positionen aller Mehrfachbilder mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren und ist damit eines der besten verfügbaren Massenmodelle. Für Folgestudien dieser Quellen werden die Linsenmodelle, einschließlich Vergrößerungskarten (magnification maps) und Rotverschiebungen (also Entfernungen), die aus dem Modell geschätzt werden, öffentlich zugänglich gemacht. „Wir freuen uns sehr darüber“, fügt Suyu hinzu, „und wir warten gespannt auf zukünftige JWST-Beobachtungen anderer Galaxienhaufen mit starkem Linseneffekt. Diese werden es uns nicht nur ermöglichen, die Massenverteilungen von Galaxienhaufen besser einzugrenzen, sondern auch Galaxien mit hoher Rotverschiebung zu untersuchen.“

Publikation
G. B. Caminha, S. H. Suyu, A. Mercurio, G. Brammer, P. Bergamini, A. Acebron, and E. Vanzella: First JWST observations of a gravitational lens – Mass model of new multiple images with near-infrared observations of SMACS J0723.3−7327, submitted to A&A Letters.
https://arxiv.org/abs/2207.07567
pdf: https://arxiv.org/pdf/2207.07567

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 25. Juli 2022.

25. Juli 2022 – Das SKAO, dessen Bau dieses Jahr begonnen hat, wird bald das größte Radioteleskop der Welt sein. Die Astronomen, die der SKAO-Arbeitsgruppe „Extragalaktisches Kontinuum“ angehören, suchen nach einer Möglichkeit, eine kosmische Ära zu erforschen, in der die Sternentstehungsaktivität nach einer als „Kosmischer Mittag (Cosmic Noon)“ bekannten Epoche abnahm. Zu diesem Zweck simulierten sie die Eigenschaften des interstellaren Mediums von Galaxien, die M 33 und M 51 ähneln, in einem frühen Zeitalter des Universums.

Im Laufe der kosmischen Entwicklung erlebten die Galaxien nach einer aktiveren Periode vor etwa 10 Milliarden Jahren, dem so genannten „Kosmischen Mittag“, einen Rückgang der Sternentstehungsaktivität. Der Übergang von einer goldenen Epoche der Sternentstehung zu einer geringeren Sternentstehungsrate ist noch immer nicht vollständig verstanden. Ein Rückgang der Menge an kühlem Gas in den Galaxien, das als Brennstoff für die Sternentstehung dient, wird oft als Hauptgrund angesehen. Beobachtungen zeigen jedoch, dass viele Galaxien noch über ausreichend große Gasreserven verfügten, um die Sternentstehung zu ermöglichen.

„Eine andere Möglichkeit ist, dass der Druck von Magnetfeldern, hochenergetische Teilchen und Turbulenzen das kühle Gas in Galaxien zunehmend stabilisierten“, sagt Fatemeh Tabatabaei. Sie ist eine ehemalige Forscherin des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und Mitautorin der Studie. Jetzt ist sie Fakultätsmitglied am Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM) in Teheran, Iran. „Um die Bedeutung dieser Faktoren zu verstehen, sind Studien zur Energiebilanz in Abhängigkeit von der Rotverschiebung erforderlich“, fährt sie fort.

Als Rotverschiebung bezeichnet man das Phänomen, dass die Spektren, die z. B. von Galaxien ausgesendet werden, mit der Zeit aufgrund der Expansion des Universums zu längeren Wellenlängen verschoben werden. Die Rotverschiebung kann direkt in eine Entfernung oder das Alter seit dem Urknall umgerechnet werden.

Um zu beurteilen, ob das künftige Square Kilometer Array Observatory (SKAO) zur Lösung dieses Rätsels beitragen kann, haben die Astronomen die physikalischen Prozesse im interstellaren Medium (ISM) von Galaxien bei unterschiedlichen Rotverschiebungen simuliert. Das ISM besteht hauptsächlich aus Gas und mikroskopisch kleinen Teilchen, die Astronomen als Staub bezeichnen, mit unterschiedlichen Temperaturen, die den Raum zwischen den Sternen durchdringen. Der erste Teil dieser Forschungsarbeit wird heute in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Die Beobachtung der Radioemission ist ein wirksames Mittel, um energetische Prozesse in Galaxien zu verfolgen. Diese Emission entsteht hauptsächlich durch die Wechselwirkung von hochenergetischen Teilchen mit Magnetfeldern, einer energetischen Komponente des ISM. Tiefe und räumlich aufgelöste Beobachtungen bei verschiedenen Radiofrequenzen mit SKAO ermöglichen es den Astronomen, diese Prozesse in nahen und fernen Galaxien zu kartieren. „Solche Beobachtungen sind der entscheidende Schritt zum Verständnis der Energiebilanz und der Strukturbildung in Galaxien im Laufe der kosmischen Zeit und geben Aufschluss über die Prozesse, die die Galaxienentwicklung und den Rückgang der Sternentstehungsaktivität bestimmen“, erklärt Eva Schinnerer, Wissenschaftlerin am MPIA und Mitautorin dieser Studie.

„Die Auswahl der Galaxientypen und kosmischen Entfernungen, die für die Untersuchung dieser Prozesse erforderlich sind, ist ein wesentlicher Teil der Vorbereitung auf die eigentlichen SKAO-Daten“, erklärt Mark Sargent vom International Space Science Institute in Bern, Schweiz, Mitautor der Studie und ehemals Wissenschaftler am MPIA.

„In einem ersten Schritt wollten wir die Radio-Kontinuum-Emission aus dem ISM typischer hochrotverschobenen Galaxien simulieren, wobei wir normale, heutige Spiralgalaxien wie M 51, NGC 6946 und M 33 als Vorlagen verwendeten. Unsere Simulation berücksichtigt zwei verschiedene Strahlungsmechanismen, die thermische Bremsstrahlung und die nicht-thermische Synchrotronstrahlung“, beschreibt Masoumeh Ghasemi-Nodehi, Postdoc am IPM und Erstautorin der Forschungsarbeit. „Wir haben gezeigt, dass die SKAO-Phase 1 MID-Radiodurchmusterung (SKA1-MID) die Synchrotronstrahlung in M 51-ähnlichen Galaxien bis zu einer Rotverschiebung von 3 kartieren kann, als das Universum nur 1/7 seines heutigen Alters hatte“, fährt sie fort.

„Wir erwarten, dass sowohl die relativistischen Teilchen als auch die Magnetfelder aufgrund der höheren Sternentstehungsaktivität in diesen frühen Galaxien zu früheren Zeiten einen höheren Druck im interstellaren Medium erzeugten. Diese Annahme, die sich aus unseren Studien ergibt, muss durch die SKAO-Beobachtungen weiter bestätigt werden“, erläutert Fatemeh Tabatabaei.

Dank der Empfindlichkeit und Durchmusterungsgeschwindigkeit des SKAO wird dieses Observatorium wichtige Themen der Astronomie und Astrophysik erhellen. Zu seinen Zielen gehört es, die Entstehung von Strukturen im frühen Universum, die Bildung der ersten Sterne und Galaxien sowie die Entwicklung von Galaxien zu untersuchen. In den meisten Fällen werden diese Phänomene mit Hilfe von Durchmusterungen mit mehreren Wellenlängen untersucht, die verschiedene Himmelsbereiche in unterschiedlichen Entwicklungsstadien abdecken.

Zusätzliche Informationen
Diese Studie ist das Ergebnis einer internationalen Zusammenarbeit, deren Mitglieder sind: M. GhasemiNodehi (Institute for Research in Fundamental Sciences, Teheran, Iran [IPM]), Fatemeh S. Tabatabaei (IPM, Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Spanien [IAC], und Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland [MPIA]), Mark Sargent (International Space Science Institute, Bern, Schweiz [ISSI] und University of Sussex, Brighton, Vereinigtes Königreich), Eric J. Murphy (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, USA), Habib Khosroshahi (IPM), Rob Beswick (Jodrell BankCentre for Astrophysics/e-MERLIN, The University of Manchester, Vereinigtes Königreich), Anna Bonaldi (SKA Organisation, Jodrell Bank, Macclesfield, Vereinigtes Königreich), und Eva Schinnerer (MPIA).

Publikation
M. Ghasemi-Nodehi et al., „Evolution of thermal and nonthermal radio continuum emission on kpc scales–Predictions for SKA“, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 515, Issue 1, p. 1158. DOI: 10.1093/mnras/stac1393
https://academic.oup.com/mnras/article/515/1/1158/6590836

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• Square Kilometre Array (SKA)

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Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE).

„Wir kennen sowohl die frühe Geschichte des Universums als auch seine jüngste Ausdehnungsgeschichte ziemlich gut, aber in den mittleren 11 Milliarden Jahren klafft eine lästige Lücke“, sagt der Kosmologe Kyle Dawson von der University of Utah, der Leiter des Teams das die heutigen Ergebnisse bekannt gab. „Fünf Jahre lang haben wir daran gearbeitet, diese Lücke zu füllen, und wir nutzen diese Informationen, um einige der substanziellsten Fortschritte in der Kosmologie des letzten Jahrzehnts zu erzielen.“

Die neuen Ergebnisse stammen aus dem erweiterten Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), einer internationalen Zusammenarbeit von mehr als 100 Astrophysikern, einschließlich Forschern am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), der Teil von SDSS ist. Das Herzstück der neuen Ergebnisse sind detaillierte Messungen von mehr als zwei Millionen Galaxien und Quasaren, die 11 Milliarden Jahre kosmischer Zeit abdecken.

Innerhalb des eBOSS-Teams konzentrierten sich einzelne Gruppen auf verschiedene Aspekte der Analyse, wobei jede dieser Proben eine sorgfältige Analyse erfordert, um Verunreinigungen zu entfernen und die Muster des Universums aufzudecken. Um den Teil der Karte zu erstellen, der sechs Milliarden Jahre zurückreicht, verwendete das Team große, rote Galaxien. Weiter draußen benutzten sie jüngere, blaue Galaxien. Um das Universum vor elf Milliarden Jahren und mehr zu kartographieren, benutzten sie schließlich Quasare, d.h. helle Galaxien, in denen Material aufleuchtet, das auf ein zentrales supermassereiches schwarzes Loch fällt.

„Quasare stellen eine einzigartige Probe dar, die es uns ermöglicht, die Rotverschiebungslücke zwischen Galaxien und dem Lyman-alpha-Wald bei den höchsten Rotverschiebungen zu überbrücken“, sagt Jiamin Hou, Nachwuchsforscherim am MPE, die die Quasar-Analysen im Rahmen von eBOSS leitete. „Mit Galaxien können wir auf die letzten Milliarden Jahre der kosmischen Geschichte zurückblicken, die Quasare führen uns etwa 10 Milliarden Jahre zurück, und schließlich erlauben uns die Lyman-alpha-Galaxien einen Blick zurück in die Zeit, als das Universum weniger als 2 Milliarden Jahre alt war. Studien über den kosmischen Mikrowellenhintergrund reichen dann noch weiter zurück, bis zum frühen Universum, nur 380 000 Jahre nach dem Urknall.

Die endgültige Karte, die von SDSS nun veröffentlicht wurde, zeigt die Filamente und Hohlräume, die Strukturen im Universum definieren. Ein Merkmal dieser Verteilung, die so genannten „baryonischen akustischen Schwingungen“, ist ein sehr subtiles Signal aus den frühen Epochen des Universums, als Schallwellen nach einer Reise von etwa 500 Millionen Lichtjahren „eingefroren“ wurden und der Materieverteilung ein Signal einprägten. Dieser Abdruck ist heute in der Verteilung von Galaxien sichtbar, wo es etwas wahrscheinlicher ist, Galaxienpaare zu finden, die durch diesen Maßstab getrennt sind, als in kleineren oder größeren Abständen. Messungen der scheinbaren Größe dieses Maßstabs ermöglichen es den Wissenschaftlern, kosmische Entfernungen mit hoher Präzision zu berechnen.

Darüber hinaus weisen Galaxien auch eigene Bewegungen auf, die ihre Verteilung in Bezug auf die Sichtlinienrichtung anisotrop erscheinen lassen, ein Effekt, der als „Rotverschiebungsraum-Verzerrung“ bekannt ist. Dieses charakteristische anisotrope Muster ermöglichte es dem eBOSS-Team, die Geschwindigkeit zu messen, mit der kosmische Strukturen aufgrund von gravitativen Wechselwirkungen wachsen. „Mit Hilfe von Quasaren können wir die Entfernungsmessung auf etwa 3 Prozent und die Messung der Wachstumsrate des Universums auf 10 Prozent einschränken“, sagt Hou.

„In unserer Gruppe leisten wir seit fast einem Jahrzehnt einen kontinuierlichen Beitrag zu den Kosmologieprogrammen von SDSS“, sagt der Kosmologe Ariel Sánchez, ein leitender Forscher am MPE. „Zusammengenommen erlauben uns diese Studien, die Ausdehnung und das Wachstum der Strukturgeschichten unseres Universums über einen Bereich kosmischer Zeit zu rekonstruieren, der etwa 90% seines Alters abdeckt.“ In Kombination mit zusätzlichen Informationen aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund und Supernovae ermöglicht dies den Wissenschaftlern, mehrere Schlüsselparameter unseres Universums mit einer Genauigkeit von mehr als einem Prozent zu bestimmen.

Die kosmische Geschichte aus diesen Daten zeigt, dass die Ausdehnung des Universums vor etwa sechs Milliarden Jahren anfing sich zu beschleunigen, und seitdem immer schneller und schneller geworden ist. Diese beschleunigte Expansion scheint auf eine mysteriöse unsichtbare Komponente des Universums namens „dunkle Energie“ zu deuten, die mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmt, aber mit unserem heutigen Verständnis der Teilchenphysik nur schwer vereinbar ist.

Insgesamt hat das eBOSS-Team heute die Ergebnisse von mehr als 20 wissenschaftlichen Arbeiten veröffentlicht. Diese Arbeiten beschreiben auf mehr als 500 Seiten die Analysen des Teams zu den neuesten eBOSS-Daten und markieren den Abschluss der wichtigsten Ziele des Projekts.

In den nächsten Jahren werden MPE-Wissenschaftler die SDSS-Daten zudem dafür verwenden, die großräumige Struktur des Universums noch genauer zu kartographieren und kosmologische Parameter einzuschränken, indem sie die Galaxienhaufen und AGN, die vom eROSITA-Röntgenteleskop gefunden werden, genauer unter die Lupe nehmen.

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• Expansion des Universums

Der Beitrag SDSS: Ausdehnungsgeschichte unseres Universums erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ZARM.

Aufgrund einer Fehlfunktion der Soyuz-Oberstufe erreichten zwei Galileo-Satelliten im August 2014 nicht ihre vorgesehene Höhe. Darin sahen Forscher des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen sofort einen möglichen Glücksfall für ihre Forschung zu Einsteins Relativitätstheorie. Die Ergebnisse dieser unverhofften, wissenschaftlichen Satelliten-Mission wurden nun in der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Am 22. August 2014 wurden die beiden Satelliten Galileo 5 und 6 mit einer russischen Soyuz-Rakete gestartet. Aufgrund einer Fehlfunktion der Oberstufe dieser Rakete konnten die Satelliten nicht in die vorhergesehene kreisförmige Umlaufbahn in ca. 23.500 Kilometer Höhe gebracht werden. Stattdessen fliegen sie auf einer elliptischen Bahn, auf der sie zweimal täglich ihre Höhe um ca. 8.700 Kilometer ändern. Da es zunächst danach aussah, dass die Satelliten dadurch nicht für das Galileo Positionierungssystem genutzt werden können, wurde sogar deren Abschaltung in Erwägung gezogen.

Neue Nutzung der Satelliten
Gravitationsphysiker des ZARM schlugen stattdessen vor, die Satelliten zusammen mit den mitgeführten Atomuhren zu nutzen, um einen verbesserten Test der gravitativen Rotverschiebung durchzuführen. Dieser Effekt ist eine der zentralen Vorhersagen der von Albert Einstein vor 100 Jahren aufgestellten Allgemeinen Relativitätstheorie. Sie besagt, dass Gravitation – in diesem Fall die Erdanziehungskraft – die Zeit beeinflusst. Genauer gesagt: Uhren laufen mit zunehmender Entfernung von der Erde, also z.B. im Weltraum, schneller als identische Uhren auf der Erde.

Zusammen mit Partnern der TU München ist es dem ZARM Team nun gelungen, die gravitative Rotverschiebung um den Faktor vier genauer als bisher zu bestätigen, die erste Verbesserung dieses Tests der Relativitätstheorie seit mehr als 40 Jahren. Eine parallele Analyse eines französischen Teams kam zu einem ähnlichen Ergebnis. Beide Resultate wurden jetzt in der höchst renommierten Zeitschrift Physical Review Letters publiziert. Die Rotverschiebung hat große praktische Bedeutung in der Positionierung, der Navigation, bei der Definition der Internationalen Atomzeit sowie in der Erdvermessung und Geophysik.

Förderer hinter dem Projekt
Die Bremer Initiative zur wissenschaftlichen Verwendung der Galileo-Satelliten wurde sowohl vom DLR Raumfahrtmanagement als auch von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA aufgegriffen und mit den Projekten RELAGAL und GREAT unterstützt. Letzteres wurde im ESA General Studies Program aufgesetzt und vom Galileo Navigation Science Office am ESAC bei Madrid koordiniert. Dabei wurden die Daten zu Orbit und Uhrengang über drei Jahre vom ESOC Navigation Support Office in Darmstadt aufbereitet und dem Team am ZARM sowie einer weiteren Gruppe am Pariser Observatorium (SYRTE) für eine parallele unabhängige Analyse zur Verfügung gestellt. Zusätzlich zu den hochgenauen Uhren- und Orbitdaten wurden hierfür auch lasergestützte Positionsmessungen zu den Satelliten hinzugezogen.

Die original Publikation finden Sie unter folgendem Link: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.231102

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• Galileo FOC F1 auf Sojus-2.1b(ST)/Fregat MT (VS09)

Der Beitrag Zweite Chance für Galileo-Satelliten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Klaus Donath. Quelle: NASA, wikipedia, universetoday.com.

Wissenschaftler haben 7 Galaxien auf dem Foto genauer unter die Lupe genommen und deren Rotverschiebung gemessen. Je weiter der Ursprung des Lichtes entfernt ist, desto rotverschobener kommt es bei uns an. Eine der Galaxien besitzt eine Rotverschiebung von 11,9, was darauf hindeutet, dass die beobachtete Galaxie ihr Licht nur 380 Millionen Jahre nach dem Urknall ausgesandt hat und es auf Grund der Expansion des Universums und des Raumes erst jetzt bei uns eingetroffen ist. Da das Universum selbst etwa 13,7 Milliarden Jahre alt ist, war das ausgesendete Licht in einem Zeitalter entstanden, welches grade einmal 4% des aktuellen Alters entspricht. Sollten die Daten stimmen, wäre das mit einem Alter von 13,32 Milliarden Jahre die älteste je beobachtete Galaxie. Erst mit der neuen, auch im nahen Infraroten empfindlichen „Wide Field Camera 3“ war diese Entdeckung möglich.

Astronomen sind bereits länger auf der Suche nach Energiequellen im frühen Universum, in dem sich die Materie des Universums wieder ionisierte und damit für Licht wieder durchlässig wurde. Diese Reionisierungsepoche beendete das dunkle Zeitalter des Universums. Allerdings ist, um Wasserstoff zu ionisieren, eine Energie von über 13,6 eV nötig.

Wenn Protonen und Elektronen voneinander getrennt sind, können sie keine Energie in Form von Photonen aufnehmen. Photonen können zwar gestreut werden, allerdings ist die Streuung immer seltener bei einer geringen Dichte des Plasmas. Dadurch ist ein Universum mit ionisiertem Wasserstoff bei geringer Dichte relativ lichtdurchlässig, so wie unser heutiges Universum. Die Periode der Ionisierung dauerte etwa zwischen 150 Millionen und 1 Milliarde Jahre (Rotverschiebung zwischen 6 und 20) nach dem Urknall. Als Energiequelle kommen frühe Quasare und Galaxien in Betracht.

Die gewonnenen Daten bestätigen die Annahme, dass diese Reionisierung nicht in einem einzelnen, dramatischen Event passiert sein konnte. Stattdessen bildeten sich die Galaxien langsam über einen größeren Zeitraum und formten erste Sterne sowie chemische Elemente. Die beobachteten Galaxien passen genau in diese Epoche.

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• Hubble

Der Beitrag Hubble zeigt Galaxien kurz nach dem Urknall erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA, New Scientist.

Aus der Rotverschiebung von 8,2 berechnete man eine Entfernung von 13,1 Milliarden Lichtjahren. Damit trat die Explosion, bei der ein an seinem Lebensende angekommener Stern zu einem Schwarzen Loch wird und dabei eine unvorstellbare Energiemenge ins All abgibt, nur etwa 640 Millionen Jahre nach dem angenommenen Zeitpunkt des Urknalls auf. Der bisherige Rekord-Burst hatte eine Rotverschiebung von 6,7.

Innerhalb einer Stunde wurden verschiedene Erdteleskope auf die von Swift gelieferten Himmelskoordinaten ausgerichtet, so dass man das Nachglühen des Gamma Ray Bursts (GRB) beobachten und dessen Rotverschiebung genau ermitteln konnte.

Die Rotverschiebung entsteht, weil sich das Universum ausdehnt. Damit entfernen sich Galaxien und andere große kosmische Objekte (in fast allen Fällen) voneinander. Dabei werden aber die Lichtwellenlängen gedehnt. Aus kurzwelligem Licht wird langwelligeres. Das sichtbare Spektrum wird zum roten Licht hin verschoben, deshalb der Name. Die Rotverschiebung berechnet sich als Quotient aus der Differenz zwischen gemessener und ausgestrahlter Wellenlänge und ebendieser ausgestrahlten Wellenlänge. Zur Berechnung verwendet man Lichtwellen, die im Spektrum aller Sterne vorkommen und deren tatsächliche Wellenlänge bekannt ist.

So sendet heißer Wasserstoff bestimmte Lichtwellenlängen aus, deren Gesamtheit mal als Linienspektum bezeichnet. Diese liegen allerdings nur teilweise im sichtbaren Bereich. Zur Messung lassen sich aber auch Linien aus dem UV-, Röntgen- oder Gammastrahlenbereich verwenden. Die Wellenlängen- bzw. Frequenzänderung bei bewegten Objekten ist auch als Dopplereffekt bekannt und für jedermann bei den Tonänderungen vorbeifahrender Autos zu hören.

Raumcon:

• GRB-Thread seit 28. April 2009

Der Beitrag Neues am weitesten entferntes Objekt im All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA.

Swift erfasste am 19. März 2008 um 7:12 Uhr MEZ einen GRB (Gamma Ray Burst, Gammablitz) im Sterbild Bootes (Bärenhüter). Nach der Ersterfassung wurden weitere Teleskope am Boden und im Orbit auf das Ereignis ausgerichtet. Dem Ausbruch wurde die Bezeichnung GRB 080319B gegeben. Die Magnitude (scheinbare Helligkeit) des Ausbruchs wurde mit fünf bis sechs angegeben, womit er für das bloße Auge sichtbar war.

Durch Messungen der Rotverschiebung des Lichts durch das Very Large Telescope (VLT) in Chile und das Hobby-Eberly-Telescop in Texas wurde die Entfernung auf 7,5 Milliarden Lichtjahre bestimmt. Kein anderes Objekt konnte in solch großer Entfernung mit einer Helligkeit aufgefasst werden, die es für das bloße Auge sichtbar macht. Das bisher am weitesten entfernte so sichtbare Objekt war die Galaxie M33 in 2,8 Millionen Lichtjahren Entfernung.

Insgesamt hat Swift am 19. März 2008 vier GRBs entdeckt, bisher ein Rekord für den Satelliten.

Gammablitze

GRBs entstehen wenn schwere Sterne am Ende ihrer Lebenszeit zu schwarzen Löchern oder Neutronensternen kollabieren. Dabei werden hochenergetische Gammastrahlen und Teilchen fast mit Lichgeschwindigkeit ausgestoßen. Die Teilchenströme treffen auf umliegende interstellare Wolken. Diese werden dabei so stark erhitzt, dass sie sichtbares Licht abgeben. Dieses Nachleuchten war das für das menschliche Auge sichtbare Ereignis am Nachthimmel des 19. März 2008.

Swift
Swift ist ein Forschungssatellit der NASA, der Ende 2004 gestartet wurde. Auf einer 600-km-Kreisbahn mit 22° Inklination dient er der schnellen Erfassung von GRBs, um mit weiteren Teleskopen das Nachleuchten eines solchen Ereignisses beobachten zu können.

Der Beitrag SWIFT – Gewaltiger Gammablitz aufgenommen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: SpaceflightNow, SpaceRef.

Möglicherweise ist diese Erkenntnis aber falsch. Zwei Wissenschaftliche Teams aus Italien und den USA haben unabhängig voneinander bei Untersuchungen Galaxien gefunden, die es nach der Vorhersage nicht geben sollte. Die italienischen Astronomen haben bei ihren Beobachtungen am Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte in Paranal in Chile vier Galaxien gefunden, die ebenso schwer sind wie solche in näherer Umgebung unserer Milchstrasse. Das beobachtete Licht der Galaxien wurde vor zehn Milliarden Jahren ausgesendet, als das Universum erst dreieinhalb Milliarden Jahre alt war. Sie enthalten aber Sterne, die zu diesem Zeitpunkt bereits ein bis zwei Milliarden Jahre alt sind, also müssen diese Galaxien bereits eineinhalb bis zweieinhalb Milliarden Jahre nach dem Urknall entstanden sein.

Die amerikanischen Astronomen um Karl Glazebrook führten ihre Beobachtungen am Gemini North Telescope auf Hawai durch. Sie beobachteten 300 Galaxien und auch sie fanden einige superschwere und vollständig entwickelte Galaxien. Ihre Beobachtungsreihe ist eine der umfangreichsten die zu diesem Thema gemacht wurde.
Beide Wissenschaftler Teams sind nun auf der Suche nach Erklärungen. Glazebrook vermutet, dass es noch ein unbekanntes Element bei der Enstehung von Galaxien gibt, das zur Zeit noch nicht verstanden wird. Die Italiener vermuten, dass die gefundenen Galaxien zu einer Klasse gehören, die noch nicht entdeckt und beschrieben wurden. Klar ist, dass sich superschwere Galaxien im frühen Universum wesentlich schneller entwickelt haben als bislang vermutet.

Hintergrund: Die K20 Zählung
Um die Entstehung von Galaxien besser verstehen zu können und um das hierarchische Modell zu überprüfen, haben die italienischen Astronomen das VLT der europäischen Südsternwarte sozusagen wie eine Zeitmaschine verwendet, um weit entfernte elliptische Galaxien zu finden. Das war aber nicht ganz trivial. Entfernte Galaxien mit ihrem hohen Anteil an alten Sternen sind leuchtschwache Objekte am Nachthimmel. Hinzu kommt die starke Rotverschiebung (die Rotverschiebung ist umso höher, je grösser die Entfernung zum beobachteten Objekt ist) so dass die Galaxien nur im infraroten Bereich beobachtet werden können. Aus diesem Grund lag der Enternungsrekord für eine elliptische Galaxie auch schon seit fast zehn Jahren bei einer Rotverschiebung von 1,55. Aber davon liessen sich die Italiener nicht abhalten und erarbeiteten sich Spektogramme von 546 lichtschwachen Objekten in einem Gebiet das nicht grösser ist als ein Zehntel des Mondes. Die Belohnung waren vier lichtschwache Galaxien mit Rotverschiebungen zwischen 1,6 und 1,9, neuer Rekord.

Der Beitrag Alte Galaxien im jungen Universum erschien zuerst auf Raumfahrer.net.