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In die Vergangenheit weit entfernter Galaxien

März 16th, 2009

Hubble-Aufnahmen (oben) mit den Geschwindigkeitsmessungen, die unten mit den Hubbleaufnahmen farbkodiert überlagert worden.

Hubble-Aufnahmen (oben) mit den Geschwindigkeitsmessungen, die unten mit den Hubbleaufnahmen farbkodiert überlagert worden.

Als das Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 1993 begann, das Universum zu entdecken, sorgte es für eine Revolution in der Astronomie. Nie zuvor war ein Teleskop dieser Größe in der Lage gewesen, ohne die störenden Einflüsse der Erdatmosphäre ins All zu blicken. Doch schon fünf Jahre später bekam es Konkurrenz, von Instrumenten am Boden, denen die Atmosphäre nichts mehr ausmachte. Das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) steht in der extrem feuchtigkeitsarmen Atacama-Wüste der südchilenischen Anden, unter idealen Beobachtungsbedingungen. Es arbeitet mit einer Reihe innovativer Technologien, die ihm ermöglichen, die optischen Nachteile einer bewegten Lufthülle zu überkommen. Das VLT kann so die Qualität zuvor gemachter Hubble-Aufnahmen oft noch überbieten.

Doch dass die Stärken beider Teleskope nicht nur konkurrieren, sondern sich auch ergänzen können, beweisen nun Forscher von Instituten in Marseille, Paris und München. Sie kombinierten die Auflösungsfähigkeit von Hubble mit den Stärken des Instrumentenbündels FLAMES und GIRAFFE, das am VLT-Teleskop Kueyen installiert ist.

„Diese einmalige Kombination von Hubble und VLT erlaubt es uns, weit entfernte Galaxien fast so gut zu untersuchen, wie wir dies bisher mit ihren nahen Vertretern konnten“, sagt François Hammer, Leiter der Forschergruppe. „Mit FLAMES und GIRAFFE sind wir in der Lage, die Geschwindigkeit von Gas an verschiedenen Orten dieser Objekte zu vermessen. Wir erhalten damit ein dreidimensionales Bild von Galaxien, die ein halbes Universum von uns entfernt sind.“

FLAMES und GIRAFFE

Im Jahr 2002 wurde der Instrumentenzoo des VLT um eine Reihe exotischer Exemplare erweitert. Der Fibre Large Array Multi-Element Spectrograph (FLAMES) ist in der Lage, Spektren von mehr als hundert Objekten zur gleichen Zeit aufzuzeichnen, die innerhalb eines Himmelsausschnitts von 25 Bogenminuten liegen, etwa des Durchmessers eines Vollmondes. Gekoppelt ist es an GIRAFFE, die aus rund 132 Glasfaserbündeln besteht, die ähnlich den Facettenaugen eines Insekts in verschiedene Richtungen blicken können. So sind Forscher in der Lage, eine Vielzahl von Teilbereichen eines äußerst kleinen Himmelsausschnitts gleichzeitig zu beobachten, etwa verschiedene Gaswolken innerhalb einer Galaxie.

Ergebnisse

Im Jahr 2009 wurden bereits Ergebnisse über drei untersuchte Galaxien veröffentlicht. Im Fall von J033241.88-274853.9 entdeckten die Forscher eine große Menge von ionisiertem Gas. Dies spricht normalerweise für die Präsenz junger Sterne. In diesem Fall jedoch fanden sie selbst nach elftägiger Beobachtung keinerlei Sterne. Die Forschergruppe um Mathieu Puech, welche die Galaxie beobachtet hatte, versuchte daraufhin, die Entdeckung mit Computermodellen zu erklären. Demnach wäre es denkbar, dass zwei sehr gasreiche Galaxien miteinander kollidierten. Die dadurch freigesetzte Energie wäre dann in der Lage gewesen, das Gas zu ionisieren. Gleichzeitig wäre das Gas zu heiß, dass sich daraus überhaupt Sterne formen können.

In einem anderen Fall berichten Astronomen um François Hammer von einer gegenteiligen Beobachtung. Sie fanden eine Galaxie mit bläulicher Zentralregion, die von einer rötlich leuchtenden Staubscheibe umgeben ist. In diesem Fall zeigten Modellierungen, dass Sterne und Gas mit hoher Geschwindigkeit auf den bläulichen Kern zu rotierten. Dies interpretieren die Forscher als den Zustand einer selbsterneuerten Galaxie nach erfolgter Verschmelzung.

Eine dritte Veröffentlichung beschreibt eine Galaxie, deren bläuliche ausgedehnte Struktur mit kaum einem bekannten Objekt vergleichbar ist. Diese besteht aus jungen massereichen Sternen, die in unseren Nachbargalaxien kaum zu finden sind. Simulationen zeigten, dass hier vermutlich das Resultat der Kollision zweier Galaxien mit sehr unterschiedlichen Massen zu sehen ist.

Die Bewegung zurückdrehen

Die neue Messmethode bietet den Forschern einen entscheidenden Vorteil. Sie können die räumlich aufgelöste Bewegung von Gaswolken dazu nutzen, die ablaufenden Prozesse in der Galaxie in Simulationen zurückzudrehen und so in ihre Vergangenheit zu schauen. Anschließend wollen die Forscher nun ihre Daten mit bereits besser vermessenen, nahen Galaxien vergleichen. Ziel ist es, besser zu verstehen, wie sich Galaxien innerhalb der letzten sechs bis acht Milliarden Jahre entwickelten.

Ungeborene Welten beobachtet

September 19th, 2008

Das Modell der Entstehung des Planetensystems

Künstlerische Vorstellung eines Lochs in einer protoplanetaren Scheibe, das durch einen Planeten freigeräumt worden ist.  (ESO)

Künstlerische Vorstellung eines Lochs in einer protoplanetaren Scheibe, das durch einen Planeten freigeräumt worden ist. (ESO)

Wie entstanden unsere Sonne und das Planetensystem? Die Frage ist so alt wie die Naturwissenschaften selbst und lange wurde um eine Antwort gerungen. Bis ins 20. Jahrhundert hinein existierten die unterschiedlichen Modelle. Erst in den letzten Jahrzehnten mit dem Ausschwärmen von Raumsonden ins Sonnensystem verdichteten sich die Hinweise zum heute anerkannten Modell. Danach ballte sich Gas eines gigantischen Nebels aufgrund lokaler Anziehungskräfte zu einer symmetrischen Kugel zusammen, die einen zunehmend dichten und durch den Druck heißer werdenden Kern besaß, eine werdende Sonne. Durch die Kontraktion und bedingt durch die Drehimpulserhaltung wurde die Eigenrotation der Kugel schneller, was zu einer Abplattung und der Entstehung einer protoplanetaren Scheibe führte. Diese Theorie hatten bereits Emanuel Kant und Pierre-Simon Laplace im 18. Jahrhundert beschrieben, fanden jedoch zu deren Lebzeiten keine weitere Beachtung.

Doch wie ging die Entstehung des Planetensystems weiter? Der gängigen Theorie zufolge kam es nun auch in der protoplanetaren Scheibe, die aus Gas und Gesteinsbrocken bestand, zur gravitativen Zusammenballung von Materie, was schließlich immer größere Körper hervorbrachte, die ständig miteinander wechselwirkten bzw. kollidierten und dabei einen Konzentrationsprozess bis hin zur Entstehung von Planeten – und Kleinplaneten, also asteroidenartigen Körpern – vorantrieb.

Neue astronomische Beweise

Klingt dieses Modell auch noch so schlüssig, muss die astronomische Beobachtung zeigen, ob sich stichhaltige Beweise dafür finden lassen. Die ersten Aufnahmen von protoplanetaren Scheiben gelangen im Jahr 1994 mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Darin sich bewegende Planeten oder Kleinplaneten zu entdecken, war seitdem selbst mit den besten Teleskopen nicht gelungen.

Einem Forscherteam um Klaus Pontoppidan vom California Institute of Technology in Pasadena gelang es nun mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) erstmals, Löcher in protoplanetaren Scheiben nachzuweisen. Löcher sollten der Theorie nach dort entstehen, wo sich planetenartige Körper durch die Gas- und Staubwolke bewegen und sich dabei den Weg freiräumen. Pontoppidans Gruppe analysierte drei Scheiben genauer. Während im System SR 21 ein großer Planet im Abstand von etwa 3,5 AU (eine Astronomische Einheit entspricht dem mittleren Abstand Erde-Sonne) seine Bahnen zieht, ist in HD 135344B ein Planet in 10 bis 20 AU Abstand zu erahnen. Ein bis zwei Planeten erwarten die Forscher um TW Hydrae.

„Unsere Beobachtungen zeigen klar, dass sich trotz der Ähnlichkeit aller drei Sterne zu unserer Sonne völlig unterschiedliche Planetensysteme entwickeln werden“, sagte Pontoppidan. „Die Natur scheint sich ungern zu wiederholen.“

Die direkte Beobachtung der Löcher geht an die Grenzen der aktuell verfügbaren Teleskoptechnik. Der Radius der Scheiben beträgt rund 100 AU, unser Abstand zu ihnen etwa 200.000 AU. Dies entspricht der Fähigkeit eines Passanten in Lissabon, der das Nummernschild eines im 2.000 Kilometer entfernten Stockholm fahrenden Autos abzulesen, unbeachtet der Erdkrümmung.

Die hohe Auflösungsfähigkeit wurde mithilfe der adaptiven Optik des VLT erreicht, einer Technik, bei der Schwankungen der Atmosphäre ausgeglichen werden können. Die Beobachtungen wurden im Nahinfrarot-Bereich mit dem Instrument CRIRES gemacht, das dem VLT zugeschaltet ist.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich bei ihrer Arbeit vor allem auf die inneren Bereiche der Scheiben, wo auch erdähnliche Planeten entstehen könnten. Ihnen gelang es, Körper bis zu einem Abstand von weniger als 0,1 AU nachzuweisen und dabei gleichzeitig die Gasgeschwindigkeit zu bestimmen.

ESO-Mitarbeiter begrüßten den Erfolg der verwendeten Techniken und kündigten an, in Zukunft regelmäßig protoplanetare Scheiben beobachten zu wollen. So möchte man dem Ursprung der unterschiedlichen Planetensysteme und den unseres eigenen etwas näher kommen.