HD1, eine Galaxie am Anfang der Zeit. (Großartig et al.) Ein leuchtend rotes Objekt im frühen Universum wurde als die bisher am weitesten entfernte Galaxie identifiziert, die bisher entdeckt wurde.
Es handelt sich, wie Astronomen herausgefunden haben, um eine Galaxie, die nur 330 Millionen Jahre nach der Galaxie existierte Urknall .
Sein schwaches Licht, das durch die Expansion des Universums gedehnt wurde, musste 13,5 Milliarden Lichtjahre zurücklegen, um uns hier auf der Erde zu erreichen.
Die Entdecker haben der Galaxie den Namen HD1 gegeben und sie stellt so etwas wie ein Mysterium dar. Wissenschaftler sind sich nicht ganz sicher, was die Galaxie ist: ob es sich um eine Starburst-Galaxie handelt, in der geradezu Sterne entstehen, oder um einen Quasar mit einem massereichen, aktiven Supermassivstoff schwarzes Loch in seiner Mitte.
Wenn es sich um Letzteres handelt, stellt das Wachstum des Schwarzen Lochs zu supermassereicher Größe so kurz nach der Entstehung des Universums eine Herausforderung für Modelle der Entstehung und Entwicklung von Schwarzen Löchern dar.
„Die Beantwortung von Fragen zur Natur einer so weit entfernten Quelle kann eine Herausforderung sein“, sagt der Astrophysiker Fabio Pacucci des Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics.
„Es ist, als würde man die Nationalität eines Schiffes anhand der Flagge erraten, die es fährt, während man sich weit entfernt an Land befindet, mitten im Sturm und in dichtem Nebel.“ Man kann vielleicht einige Farben und Formen der Flagge sehen, aber nicht in ihrer Gesamtheit. „Es ist letztlich ein langes Spiel der Analyse und des Ausschlusses unplausibler Szenarien.“
Die Entdeckung von Objekten aus dem frühen Universum ist äußerst schwierig. Sogar Quasare, die hellsten Objekte im gesamten Kosmos, sind in den weiten Bereichen der Raumzeit so abgedunkelt, dass unsere leistungsstärksten Teleskope Schwierigkeiten haben, ihr Licht einzufangen.
HD1 wurde im Rahmen einer Untersuchung zur Entdeckung von Galaxien am Anfang des Universums entdeckt, deren Ergebnisse in einem zur Veröffentlichung angenommenen Artikel detailliert beschrieben werden Das Astrophysikalische Journal , und auch verfügbar auf arXiv .
Eine Analyse von HD1 und einer zweiten Galaxie namens HD2, die fast genauso weit entfernt ist, wurde in die Studie aufgenommen Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society , und es ist auch verfügbar auf arXiv .
Bei der Untersuchung kamen vier leistungsstarke optische und Infrarot-Teleskope zum Einsatz: das Subaru-Teleskop , Die Teleskop anzeigen , Die Britisches Infrarot-Teleskop ,und das Spitzer-Weltraumteleskop . Zusammen haben sie über 1.200 Stunden Beobachtungszeit gesammelt und in die kosmische Morgendämmerung späht, um im frühen Universum nach Licht zu suchen.
„Es war sehr harte Arbeit, HD1 aus mehr als 700.000 Objekten zu finden“, sagt der Astronom Yuichi Harikane der Universität Tokio in Japan.
„Die rote Farbe von HD1 passte überraschend gut zu den erwarteten Eigenschaften einer 13,5 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie, was bei mir ein wenig Gänsehaut verursachte, als ich sie fand.“
Die rote Farbe wird als Rotverschiebung bezeichnet und tritt auf, wenn sich eine Lichtquelle von uns entfernt. Dies führt dazu, dass die Wellenlänge des von dieser Quelle kommenden Lichts zum röteren Ende des elektromagnetischen Spektrums hin zunimmt, weshalb dies als Rotverschiebung bezeichnet wird.
Da sich das Universum ausdehnt, scheinen andere Galaxien rotverschoben zu sein; Je größer die Entfernung in der Raumzeit ist, desto größer ist die Rotverschiebung. Mithilfe dieses Effekts können Astronomen berechnen, wie weit das Licht gereist ist, um uns zu erreichen.
Aber das Licht von HD1 ist verwirrend. Im ultravioletten Wellenlängenbereich ist sie extrem hell, was darauf hindeutet, dass in der Galaxie ein sehr energiereicher Prozess stattfand. Zuerst dachten die Forscher, es handele sich um normale Starburst-Aktivität – bis sie berechneten, wie viele Sterne sich bilden müssten, um so viel Licht zu erzeugen.
Die Zahl war unglaublich hoch, über 100 Sterne pro Jahr. Das ist zehnmal höher als erwartet für eine Galaxie im frühen Universum. Diese Spannung könnte jedoch gelöst werden, wenn die entstehenden Sterne nicht dieselben wären wie die Sterne, die wir heute entstehen sehen.
„Die allererste Sternpopulation, die sich im Universum bildete, war massereicher, leuchtender und heißer als moderne Sterne.“ Pacucci sagt .
„Wenn wir davon ausgehen, dass es sich bei den in HD1 erzeugten Sternen um diese ersten Sterne oder Sterne der Population III handelt, könnten ihre Eigenschaften einfacher erklärt werden.“ Tatsächlich sind Sterne der Population III in der Lage, mehr UV-Licht zu erzeugen als normale Sterne, was die extreme ultraviolette Leuchtkraft von HD1 verdeutlichen könnte.“
Die andere Möglichkeit wäre, wenn die Galaxie ein Quasar wäre. Das ist die Abkürzung für „ quasi-stellare Radioquellen ' – das unglaublich helle Ergebnis eines aktiven galaktischen Kerns, bei dem ein supermassereiches Schwarzes Loch Material mit einer solchen Geschwindigkeit verschlingt, dass die Hitze im gesamten Universum Lichtblitze erzeugt.
Um das beobachtete Licht zu erzeugen, müsste das supermassereiche Schwarze Loch etwa 100 Millionen Mal so groß sein wie die Masse der Sonne, berechnet das Team.
Diese Größe stellt die Wachstumsmodelle für supermassive Schwarze Löcher ernsthaft in Frage. Es ist sehr unruhig, sehr früh im Universum.
„Ein paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall muss sich ein Schwarzes Loch in HD1 mit beispielloser Geschwindigkeit aus einem massiven Samen gebildet haben.“ sagt der Astrophysiker Avi Loeb des Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics.
„Wieder einmal scheint die Natur einfallsreicher zu sein als wir.“
Das Team hofft, dass zukünftige Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope, einer Maschine, die für den Blick in das frühe Universum optimiert ist, die Natur dieses mysteriösen Morgenlichts enthüllen werden.
Die Forschung wurde angenommen Das Astrophysikalische Journal und das Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society . Die Papiere finden Sie auf arXiv Hier Und Hier .