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Galaxien bilden ständig neue Sterne in dichten Wolken aus interstellarem Gas
und Staub. Die Sternentstehungsrate in heutigen Galaxien ist jedoch viel
geringer als zu früheren Zeiten. Als das Universum erst ungefähr ein Viertel
seines heutigen Alters hatte, war die Sternentstehung auf ihrem Höhepunkt;
deshalb sind die Astronomen sehr daran interessiert, mehr über diese Zeitspanne
zu erfahren. Aufgrund der endlichen Lichtgeschwindigkeit ist ein Blick zurück in
die Vergangenheit möglich, aber immer verbunden mit einem Blick auf große
Entfernungen. Dies wiederum bedeutet, dass junge Galaxien sehr klein und sehr
schwach erscheinen. Außerdem können die meisten ihrer neugeborenen Sterne nicht
direkt beobachtet werden, da ihre Strahlung durch Staub in der umgebenden
Gaswolke absorbiert wird und bei Ferninfrarot-Wellenlängen wieder emittiert
wird.
Dies macht Sternentstehungsgebiete in entfernten Galaxien zu einem der
wichtigsten Ziele für das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array. Im Endstadium, wird ALMA aus 66 Hochpräzisionsantennen auf der Chajnantor-Hochebene auf 5000
Meter Höhe im nördlichen Chile bestehen. Die Daten der einzelnen Antennen können
interferometrisch kombiniert werden, und die Spannweite von 15 Kilometern des
Teleskopverbundes insgesamt liefert Auflösungen von besser als einer Zehntel
Bogensekunde. Ohne irgendwelche Hilfsmittel. Dies allein wäre aber immer noch nicht ausreichend, um detaillierte Bilder junger Galaxien auf dem Höhepunkt ihrer
Sternentstehungsaktivitäten zu machen.
"Bei einer Konferenz präsentierten ALMA-Wissenschaftler neue Daten, mit denen
sie das wissenschaftliche Potential des Arrays überprüft hatten, darunter auch
ein Bild eines starken Gravitationslinsensystems, das sofort unser Interesse
weckte", erinnert sich Simona Vegetti, Postdoc-Wissenschaftlerin am MPA. "Durch
die Linse wird das Licht der Hintergrundgalaxie stark verstärkt, genauer gesagt
um das 17-fache, nur deshalb sind wir überhaupt in der Lage, die Galaxie zu
sehen. Zusammen mit ALMAs einzigartiger Winkelauflösung gab uns das die Chance,
zum ersten Mal zu versuchen die Details in der Verteilung des Staubes in einer
weit entfernten Galaxie zu untersuchen."
Der starke Gravitationslinseneffekt tritt auf, wenn eine Hintergrundgalaxie
nahe an der Sichtlinie zu einer Massenkonzentration im Vordergrund liegt, zum
Beispiel einem Galaxienhaufen, der die Lichtstrahlen von der Quelle auf dem Weg
zum Beobachter "verbiegt". Die Vordergrundlinse ist jedoch ein unvollkommenes
optisches System, was zu sehr großen Verzerrungen führt (siehe Abb. 1).
Trotzdem kann man aufgrund der Eigenschaften der "gelinsten" Bilder die
Massenverteilung des Linsensystems bestimmen und das "echte" (d.h. unverzerrte)
Bild der fernen Galaxie rekonstruieren.
"Bei früheren Rekonstruktionen wurde angenommen, dass die Hintergrundgalaxien
glatt und regelmäßig sind", erklärt Matus Rybak, der die Computermodellierung
am MPA durchführte. "Das ist aber wahrscheinlich eine recht schlechte Näherung
für die Struktur einer Galaxie mit starker Sternentstehung, und die rohen
ALMA-Bilder gaben uns bereits klare Hinweise darauf, dass diese
Hintergrundquelle komplex sein muss. Der neue, allgemeinere Ansatz, den wir
entwickelt haben, ist viel besser für solch unregelmäßige Systeme geeignet."
Dieser Verdacht bestätigt sich im rekonstruierten Bild der Galaxie SDP.81, das
zeigt, dass die Sternentstehung in drei verschiedenen Regionen konzentriert ist
(siehe Abb. 2). "Dies ist das erste Mal, dass wir Strukturen in der
Staubemission einer z=3 Galaxie auf Skalen von weniger als 150 Lichtjahren
sehen", betont Simona Vegetti. Zu dieser kosmischen Zeit befand sich die
Sternentstehungsrate in typischen Galaxien auf dem Höhepunkt, und in der Tat
entstehen in SDP.81 Sterne mit etwa 300 Sonnenmassen pro Jahr. (In unserer
Milchstraße beträgt die Sternentstehungsrate nur ca. 3 Sonnenmassen pro Jahr.)
Diese komplexe Struktur der Galaxie könnte darauf hindeuten, dass es sich um
eine rotierende Scheibe mit einer zentralen Ausbuchtung handelt, die wir von
der Seite sehen (und die auch von der Seite gelinst wird). Alternativ könnte es
sich um ein System handeln, das sich gerade im Prozess der Verschmelzung
befindet, wobei die einzelnen Komponenten immer noch sichtbar sind. Um zwischen
diesen Möglichkeiten unterscheiden zu können, benötigen die Wissenschaftler
Daten über die Bewegungen des Gases innerhalb der Galaxie. Der nächste Schritt
für das MPA-Team gemeinsam mit ihren Kollegen Paola Andreani an der ESO und John McKean an der Universität Groningen und dem niederländischen Institut für Radioastronomie (ASTRON) wird es daher sein, die Beobachtungen einer Moleküllinie dieses
Systems zu analysieren, die ALMA ebenfalls durchgeführt hat.
Links:
Originalveröffentlichung
ALMA imaging of SDP.81 I. A pixelated reconstruction of the far-infrared
continuum emission, M. Rybak, J. P. McKean, S. Vegetti, P. Andreani and S.
D. M.
White, submitted to MNRAS
ALMA
Kontakt:
Simona Vegetti
Max-Planck-Institut für Astrophysik
Phone: 089 30000-2285
Email: svegettimpa-garching.mpg.de
Hannelore Hämmerle
Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Astrophysik
Tel. +49 89 30000-3980
E-mail: prmpa-garching.mpg.de
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