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Frühes Universum: Forscher lösen Rätsel um älteste massive schwarze Löcher

Schon kurz nach dem Urknall bildeten sich gigantische schwarze Löcher. Nun haben Forscher eine mögliche Antwort darauf, wie die Massefresser so schnell wachsen konnten.
Quelle: SPIEGEL ONLINE Wissenschaft

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Milliarden Jahre alte Gaswolke: Forscher entdecken Überreste des Urknalls

Eine Gaswolke zieht seit dem Anfang des Universums unverändert durchs Weltall. Wissenschaftler auf Hawaii fanden das Urknall-Relikt, indem sie gezielt nach einem speziellen Lichteffekt suchten. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Cern: Teilchenbeschleuniger spielt Urknall nach

Wie entstand Materie im Weltall? Physiker am weltweit größten Forschungszentrum für Teilchenphysik wollen genau diese Frage beantworten – und spulen dafür 14 Milliarden Jahre zurück. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Teilchenbeschleuniger-Ausbau: Neue Jagd auf Urknall-Geheimnisse

(Mehr in: RSS-Feed Wissenschaft – die neusten Meldungen zum Thema Wissenschaft von STERN.DE)

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Der Teilchenbeschleuniger am Cern wird ausgebaut

Dem Urknall auf der Spur

Der Teilchenbeschleuniger am Cern wird ausgebaut

Eine Milliarde Protonenkollisionen pro Sekunde schafft der weltgrößte Teilchenbeschleuniger in Genf. Zu wenig, sagen Physiker, die den Geheimnissen des Universums auf der Spur sind. Jetzt wird ausgebaut.

(Mehr in: COM! – Das Computer Magazin)

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Urknall-These: Stephen Hawking überrascht mit posthum veröffentlichter Theorie

(Mehr in: RSS-Feed Wissenschaft – die neusten Meldungen zum Thema Wissenschaft von STERN.DE)

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Urknall: Letzte Arbeit von Stephen Hawking veröffentlicht

Eingereicht hatte er ihn vor seinem Tod, nun ist der letzte wissenschaftliche Artikel von Stephen Hawking erschienen. These: Das Universum ist viel einfacher als gedacht. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Rätselhafte Verschmelzung: Astronomen beobachten Megafusion von 14 Galaxien

Rund 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall sind 14 große Galaxien in einer gigantischen Fusion verschmolzen. Wie sie im jungen Universum so schnell wachsen konnten, gibt Forschern Rätsel auf. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Frühes Universum: Astronomen finden Spur der Ur-Sterne

180 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden die Signale, die Forscher nun in Australien aufgefangen haben. Die Ur-Sterne entstanden. Sie zu orten sei in etwa so schwierig, wie den Flügelschlag eines Kolibris in einem Hurrikan zu hören. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Payment-Umstellung bei eBay ist nicht optional

Von PayPal zu Adyen

Payment-Umstellung bei eBay ist nicht optional

Die Umstellung der Zahlungsabwicklung von PayPal auf Adyen soll für Händler nicht optional sein. Zudem wird diese nicht nach und nach erfolgen, sondern vielmehr wie ein "Urknall" sein, so eBay-CEO Devin Wenig.

(Mehr in: COM! – Das Computer Magazin)

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Forscher zweifeln: Hat es den Urknall gar nicht gegeben?

Am Anfang war der Big Bang – damit begann die Geschichte des Universums. Doch manche Forscher stellen die Idee des Urknalls in Frage. Die Alternative dazu klingt fast noch verrückter. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Kosmologie: "Mich würde nicht wundern, wenn es Paralleluniversen gäbe"

Warum es das Universum gibt? Wer nach Antworten sucht, findet weitere Fragen. Drei Forscher haben es dennoch gewagt – ein Gespräch über Urknall, Wellen und Wurmlöcher. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Antimaterie: Warum gibt es etwas und nicht nichts?

Irgendwas lief beim Urknall schief, denn wir und die Welt existieren. Theoretisch unmöglich. Mit Antimaterie ließe sich das erklären. Doch wo ist sie, verdammt nochmal? (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Gravitationswellen-Forscher wollen den Urknall hören

(Mehr in: RSS-Feed Wissenschaft – die neusten Meldungen zum Thema Wissenschaft von STERN.DE)

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100 Jahre Allgemeine Relativitätstheorie: Willkommen in Einsteins Universum

Sie sprengt unsere Vorstellungskraft und beflügelt Science-Fiction-Autoren: Vor genau 100 Jahren stellte Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie vor. Schwarze Löcher, Dunkle Energie, Urknall – diese Begriffe sollten Sie kennen. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Esoterik: Schatz, ich bin soeben unsterblich geworden

Urknall, Weltuntergang, Gezeiten – alles erklärt die Welteislehre: Mit ihr glänzte vor 100 Jahren der Ingenieur Hanns Hörbiger. Seine Esoterik fesselte sogar die Nazis. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Verhört: Echo des Urknalls könnte von Sternenstaub stammen

Doch keine Sensation? Im März meldeten Physiker, sie hätten in der kosmischen Hintergrundstrahlung Signale aus den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall entdeckt. Nun gibt es deutliche Zweifel. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Astrophysik: Supernova statt Gravitationswellen?

Im März wollten Forscher Gravitationswellen aus der ersten Sekunde nach dem Urknall nachgewiesen haben. Nun spricht eine Analyse eher für Überreste explodierter Sterne. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Video: Sensationelle Messungen: Forscher entdecken Spuren des Urknall-Echos

Vor 14 Milliarden Jahre soll der Urknall stattgefunden haben, auch „Big Bang“ genannt. US-Forscher wollen nun Echo-Spuren davon entdeckt und aufgezeichnet haben. (Mehr in: RSS-Feed Wissenschaft – die neusten Meldungen zum Thema Wissenschaft von STERN.DE)

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Urknall-Gravitationswellen: Physiker entdecken Urbeben des Universums

Physiker wollen in der kosmischen Hintergrundstrahlung Signale aus den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall entdeckt haben. Die Messungen wären der erste Nachweis von Gravitationswellen, die von Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt werden. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Gravitationswellen: Der Geburtsschrei des Universums erreicht die Erde

Astrophysiker wollen Gravitationswellen aus der ersten Sekunde nach dem Urknall nachgewiesen haben. Erfährt die Menschheit damit endlich, wie alles begann? (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Birnenförmige Atomkerne: Neue Spur im Antimaterie-Rätsel

Es ist eines der großen Rätsel der Physik: Warum blieb nach dem Urknall so viel Materie zurück – und kaum Antimaterie? Wissenschaftler am Kernforschungszentrum Cern haben einen neuen Weg entdeckt, diese Frage zu beantworten. Der Schlüssel sind seltsam geformte Atomkerne.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

Posted in WissenschaftAktuell

"Alma"-Teleskop: Kurz nach dem Urknall leuchtete das All

„Alma“ ist noch nicht komplett im Dienst, da liefert das Riesenteleskop schon bahnbrechende Erkenntnisse: Unzählige Sterne entstanden bereits kurz nach dem Urknall. Forscher schwärmen von einem atemberaubenden Blick auf die stürmische Jugendphase des Alls.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

Posted in Artikel Forschung

Sicherung der kulturellen Identität durch Religion?

Erkenntnis statt Sünde. Bild: Sedlacek
Erkenntnis statt Sünde. Bild: Sedlacek

Führende deutsche Journalisten halten Ideologiekritik an den christlichen Kirchen mehrheitlich für überholt. „Die meisten Meinungsmacher sehen eine kulturelle Renaissance der christlichen Religion – in Abgrenzung zum Islam“. Continue reading „Sicherung der kulturellen Identität durch Religion?“

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Weltraumteleskop: "Hubble" entdeckt erste Galaxien des Universums

Blick in die Kinderstube des Universums: Das „Hubble“-Weltraumteleskop hat sieben bisher unbekannte Galaxien erspäht, die kurz nach dem Urknall entstanden sind.
Quelle: stern.de – Wissenschaft & Gesundheit

Posted in Artikel Phaenomene

Paranormale Phänomene: Heiligengesicht auf Toast

Video: Heiligengesicht auf Tischplatte

Heidelberg. Ist es normal, auf dem Toast das Gesicht einer Heiligen zu sehen oder Angst vor schwarzen Katzen zu haben? Unerklärlich ist es jedenfalls nicht, weiß Psychologe Richard Wiseman von der University of Hertfordshire (GB). Denn das menschliche Gehirn ist quasi darauf programmiert, in vielen Dingen mehr zu erkennen als nur die nüchterne Realität. Continue reading „Paranormale Phänomene: Heiligengesicht auf Toast“

Posted in Artikel WissenschaftAktuell

Ist Gravitation spukhafte Fernwirkung?

Fernwirkung bezeichnet ein physikalisches Konzept der klassischen Physik, bei dem sich eine physikalische Wirkung zum selben Zeitpunkt, das heißt instantan über beliebige Distanzen auswirkt. Einerseits konnte so eine Fernwirkung bisher nicht gemessen werden, zudem kann sich nach Albert Einsteins Relativitätstheorie keine Wirkung schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.
Andererseits gibt es in der quantenmechanischen Theorie das Phänomen der Quantenverschränkung, die von Albert Einstein als spukhafte Fernwirkung bezeichnet wurde.
Ist Gravitation spukhafte Fernwirkung oder nicht?

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Spektakuläres "Hubble"-Foto: Der tiefste Blick ins All

Es ist ein Bild aus 2000 Einzelaufnahmen: Das Weltraumteleskop „Hubble“ liefert ein Foto von Galaxien, die mehr als 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Die Aufnahme kommt dem Urknall damit sehr nahe.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

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Astronomie: Urknall mit Spin – Wenn sich im All alles dreht

Astronomen machen eine verblüffende Entdeckung: Es gibt mehr Galaxien, die sich im Uhrzeigersinn drehen – dreht sich damit auch das Universum? Und ist es damit eingebettet in einem Hyperraum?
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

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Rover Curiosity auf dem Mars gelandet

Video: Unterhaltsame 3D-Animation zur Curiosity Marslandung

Hinweis zum Video: Um den Stereo-Effekt zu beobachten, benötigt man eine sogenannte Anaglyph-Brille mit einem roten und einem zyanblauen Glas. Solche Brillen gibt es beispielsweise für 1 bis 3 Euro bei Ebay.

Am frühen Morgen des 6. August 2012 hat die US-Raumsonde Curiosity, zu deutsch Neugier, ihr Ziel erreicht: den Mars beim äquatornahen Einschlagkrater Gale auf der Südhalbkugel. Mit dem Eintritt der Sonde in die dünne Marsatmosphäre folgten höllische sieben Minuten. Continue reading „Rover Curiosity auf dem Mars gelandet“

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Herschel entdeckt fünf gelenste Submillimetergalaxien

ResearchBlogging.org

Mit Hilfe des Infrarotobservatoriums Herschel entdeckte ein internationales Forscherteam, dem ich auch angehöre, systematisch fünf so genannte gelenste Submillimetergalaxien im frühen Universum. Das amerikanische Wissenschaftsfachmagazin Science veröffentliche vor einigen Tagen, am 5. November 2010 [1,2], diese bahnbrechende Entdeckung mit nicht weniger als 89 Autoren. Dies ist bisher eines der herausragenden Ergebnisse der extragalaktischen Astronomie dieser Mission.

Diese Beobachtungen sind Teil des Herschel Open Time Key Project H-ATLAS (PI: S. Eales, Cardiff, und L. Dunne Nottingham).  Diesem Proramm sind insgesamt 600 Stunden Beobachtungszeit mit den beiden Instrumenten PACS und SPIRE an Bord von Herschel zugesprochen worden und es ist dies die grösste Himmelsdurchmusterung mit Herschel. Im Rahmen der Science Demonstration Phase (SDP) im Herbst 2009 beobachteten wir mit den Herschel Instrumenten PACS und SPIRE ein 16 Quadratgrad grosses Gebiet. In diesem Feld sind einige Tausend Infrarotgalaxien zu sehen. Diese Galaxien strahlen (fast) ihre gesamte Energie im Infraroten aus. In diesem Galaxientyp gibt es sehr intensive Sternentstehung über einige wenige Hundertmillionen Jahre mit Sternentstehungsraten von bis zu einigen Tausend Sonnenmassen pro Jahr. Die prominentesten Vertreter mit der höchsten Sternentstehungsrate sind die so genannten Submillimetergalaxien. Sie liegen bei Rotverschiebungen von z~1 bis 4, dies entspricht einige, wenige Milliarde Jahre nach dem Urknall. Aufgrund der Roverschiebung ist diese Strahlung aber nicht im Infraroten sondern im längerwelligen Submillimeterbereich nachweisebar, deshalb auch die Bezeichnung Submillimetergalaxien. Die räumliche Auflösung mit Herschel SPIRE beträgt 18″ bei 250, 25″ bei 350 und 36″ bei 500 Mikrometern. Diese Galaxien sind somit allesamt Punktquellen in den Herschel SPIRE Aufnahmen.

Eines der Ziele der H-ATLAS Kollaboration ist die Suche nach den hellsten Submillimetergalaxien im jungen Universum. Verschiedene Theorien sagen voraus, dass die hellsten Mitglieder dieser Galaxienpopulation allesamt gelenste Galaxien sein müssten. Auch der Erstautor dieser Arbeit, Mattia Negrello von der Open University in Grossbritannien, arbeitete in den letzten Jahren an Galaxienentwicklungsmodellen zur genauen Vorhersage der Anzahl dieser Quellen. Mit Hilfe der drei SPIRE Filter und unter Annahme einer unteren Flussgrenze wählten wir zunächst 11 Kandidaten aus. Alle Quellen wurden in den drei SPIRE Filter signifikant nachgewiesen. Nach einem Abgleich mit Daten im Optischen und Radio Bereich und weiteren Analysen blieben fünf vielversprechende Galaxien übrig. Diese Anzahl würde mit der vorhergesagten Häufigkeit von gelensten Submillimetergalaxien von Mattia Negrello übereinstimmen. Die Übereinstimmung von Theorie und Beobachtung schien schon einmal sehr vielversprechend zu sein, siehe Abbildung 1.

Abbildung 1: Die vorhergesagte aufsummierte Anzahl verschiedener Galaxientypen (y-Achse) ist gegen die Flussdichte (in milli-Jansky, mJy) bei 500 Mikrometer aufgetragen. Bei Flussdichten von  >=50 mJy ist klar zu sehen, dass die Anzahl der nachgewiesenen Galaxien im SPIRE Band bei 500 Mikrometern von gelensten Submillimetergalaxien dominiert sein würde (schwarze Linie), welches durch unsere Beobachtungen (schwarze, gefüllte Kreise) bestätigt wird [1,2].

Nach Bekanntmachung dieser 5 vielversprechenden Quellen (siehe Abbildung 2) in unserem Konsortium begannen an verschiedensten Teleskopen auf der ganzen Welt sehr intensive, kurzfristig beantragte Beobachtungskampagnen. Ich war an diesen Kampagnen mitbeteiligt. Als PI (Principal Investigator) stellte ich einen so genannten DDT (Directors‘ Discretionary Time) Beobachtungsantrag für das IRAM 30m Telekskop, um mit dem Instrument MAMBO photometrische Messpunkte bei 1.2mm dieser 5 Quellen zu bekommen. Der Antrag wurde genehmigt und schon kurz darauf begannen die Beobachtungen. Zur Abschätzung einer ungefähren Rotverschiebung war dieser Messpunkt unbedingt nötig. Zusammen mit den Herschel SPIRE Messpunkten kann eine photometrische Rotverschiebung mit einer Messungenauigkeit von z=+-0.3 abgeleitet werden. Diese Genauigkeit erlaubte uns dann gezielt nach dem giftigen Kohlenmonoxid Molekül zu suchen und somit die Entfernung der beobachteten Galaxie verlässlich zu bestimmen. Diese spektroskopischen Beobachtungen wurden mit verschiedenen Millimeterteleskope weltweit durchgeführt, stark daran war auch das IRAM Plateau de Bure Interferometer beteiligt. Für alle 5 Quellen konnten erfolgreich spektroskopische Rotverschiebungen gemessen werden. Zwei Quellen liegen bei Rotverschiebungen grösser als z>2,5 (2,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall). 

Abbildung 2: Herschel SPIRE 3-Farbenbild von dem 16 Qudratgrad grossen SDP Feld zusammengesetzt aus Aufnahmen bei 250, 350 und 500 Mikorometern. In Insets sind die 5 entdeckten gelensten Submillimetergalaxien dargestellt [3]. 

In allen fünf Fällen ist auf der Herschel Position ein optisches Gegenstück zu sehen. Wir beobachteten diese Quellen im Submillimeterbereich auch bei wesentlich höherer räumlicher Auflösung von einer Bogensekunde oder besser mit dem SMA (Submillimeter Array) Interferometer auf Hawaii. Unsere Analyse zeigte dabei, dass die im optischen Wellenlängenbereich zusehende Galaxie nicht für die Strahlung im Submillimeterbereich zuständig ist und bei wesentlich niedrigeren Rotverschiebungen liegt, siehe Abbildung 3 und 4.

Abbildung 3: Spektrale Energieverteilung (Flussdichte gegen beobachtete Wellenlänge in Mikrometer) der fünf gelensten Submillimetergalaxien. Die beobachtete Strahlung im Optischen kommt von der Vordergrundgalaxien (in blau) und die Strahlung im Infraroten und Submillimeter von der Hintergrundgalaxie, der gelensten Submillimetergalaxie (in rot) [1,2].

Auch die beobachtete „Verformung“ im Submillimeterbereich zum Beispiel im Fall von ID81, die als Einsteinring interpretiert werden kann, deutet stark darauf hin, dass die mit Herschel SPIRE entdeckten Galaxien von denen im Optischen zu sehenden Vordergrundgalaxien durch den Gravitationslinseneffekt verstärkt und verformt worden sind, siehe Abbildung 4. Es handelt sich somit bei unseren fünf Galaxien um die lang gesuchten gelensten Submillimetergalaxien. Die 100% Erfolgsquote dieser neu entwickelten Methode zeigt das grosse Potential Gravitationslinsen im Submillimeterbereich zu finden.

Abbildung 4: Links Herschel-SPIRE Aufnahme von ID81 und rechts ein Komposit aus einer optischen KECK (blau)  und einer hochauflösenden SMA (rot) Aufnahme. Das Komposit veranschaulicht, dass die Millimeterstrahlung nicht von der optischen Quellen (blau) kommen kann.

Dank der durch den Gravitationslinseneffekt (siehe Abbildung 5) auftretende Vergrösserung der Hintergrundgalaxien ist es möglich im Detail diese Galaxien zu studieren, was bei nicht gelensten Objekten nicht so einfach möglich wäre. Zum Beispiel beträgt der Vergrösserungsfaktor im Falle von ID81 ~18-31. Abbildung 2 macht ziemlich deutlich, dass tatsächlich riessige Himmelsgebiete durchmustert werden müssen um eine gewisse Anzahl dieser Quellen zu finden. In der Pre-Herschel Zeit war es nicht möglich grosse Gebiete wie mit nun Herschel zu beobachten. Einmal wurde so ein ähnliches Objekt zufällig gefunden. Ich kann mich auch noch sehr gut an die Winterschule „Cold Universe“ in Saas Fee im März 2002 erinnern, in der einer der Entdecker der Submillimetergalaxien, Andrew Blain (Caltech), auf den Gravitationslinseneffekt im Submillimeterwellenlängenbereich hinwies und dies mich damals sehr beeindruckte. Es dauerte aber dann nochmals 8 Jahre bis dieser Effekt tatsächlich beobachtet wurde. Das ich dabei Teil des Entdeckerteams sein würde, mit einem Science Artikel noch dazu, hätte ich mir damals nicht unbedingt träumen lassen.

Abbildung 5: Am Beispiel ID81 wird der Gravitationslinseneffekt illustriert.

An dieser Stelle möchte ich erwähnen, dass die Herschel Daten von dem hier besprochenen SDP Feld, seit kurzem öffentlich zugänglich sind. Die gesamte Himmelsdurchmusterung wird sich auf insgesamt 550 Quadratgrad, über verschiedene Himmelsregionen verteilt, erstrecken. Wir erwarten deshalb noch eine grössere Anzahl von Objekten dieser Art zu entdecken. Dies wird uns dann erlauben die Eigenschaften der gesamten Population mit einer soliden Statistik intensiv analysieren und dadurch stichaltige Schlussfolgerungen ableiten zu können. 

 

Bis zum nächsten Blog,

 

Euer Helmut Dannerbauer 

Quelle:

[1]: M. Negrello et al., Science, November 5th 2010, 330, 800, ‚The Detection of a Submillimeter-Bright, Strongly Lensed Galaxies‘

[2]: M. Negrello et al., astro-ph/1011.1255, (gleicher Artikel wie in Science)

[3]: Pressemitteilung von ESA SciTech, NASA, Open University und Herschel Frankreich

 

Negrello, M., Hopwood, R., De Zotti, G., Cooray, A., Verma, A., Bock, J., Frayer, D., Gurwell, M., Omont, A., Neri, R., Dannerbauer, H., Leeuw, L., Barton, E., Cooke, J., Kim, S., da Cunha, E., Rodighiero, G., Cox, P., Bonfield, D., Jarvis, M., Serjeant, S., Ivison, R., Dye, S., Aretxaga, I., Hughes, D., Ibar, E., Bertoldi, F., Valtchanov, I., Eales, S., Dunne, L., Driver, S., Auld, R., Buttiglione, S., Cava, A., Grady, C., Clements, D., Dariush, A., Fritz, J., Hill, D., Hornbeck, J., Kelvin, L., Lagache, G., Lopez-Caniego, M., Gonzalez-Nuevo, J., Maddox, S., Pascale, E., Pohlen, M., Rigby, E., Robotham, A., Simpson, C., Smith, D., Temi, P., Thompson, M., Woodgate, B., York, D., Aguirre, J., Beelen, A., Blain, A., Baker, A., Birkinshaw, M., Blundell, R., Bradford, C., Burgarella, D., Danese, L., Dunlop, J., Fleuren, S., Glenn, J., Harris, A., Kamenetzky, J., Lupu, R., Maddalena, R., Madore, B., Maloney, P., Matsuhara, H., Michaowski, M., Murphy, E., Naylor, B., Nguyen, H., Popescu, C., Rawlings, S., Rigopoulou, D., Scott, D., Scott, K., Seibert, M., Smail, I., Tuffs, R., Vieira, J., van der Werf, P., & Zmuidzinas, J. (2010). The Detection of a Population of Submillimeter-Bright, Strongly Lensed Galaxies Science, 330 (6005), 800-804 DOI: 10.1126/science.1193420

 

alt

Der Beitrag Herschel entdeckt fünf gelenste Submillimetergalaxien erschien zuerst auf Galaxienentwicklung.

(Mehr in: Galaxienentwicklung)

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Herschel entdeckt fünf gelenste Submillimetergalaxien

ResearchBlogging.org

Mit Hilfe des Infrarotobservatoriums Herschel entdeckte ein internationales Forscherteam, dem ich auch angehöre, systematisch fünf so genannte gelenste Submillimetergalaxien im frühen Universum. Das amerikanische Wissenschaftsfachmagazin Science veröffentliche vor einigen Tagen, am 5. November 2010 [1,2], diese bahnbrechende Entdeckung mit nicht weniger als 89 Autoren. Dies ist bisher eines der herausragenden Ergebnisse der extragalaktischen Astronomie dieser Mission.

Diese Beobachtungen sind Teil des Herschel Open Time Key Project H-ATLAS (PI: S. Eales, Cardiff, und L. Dunne Nottingham).  Diesem Proramm sind insgesamt 600 Stunden Beobachtungszeit mit den beiden Instrumenten PACS und SPIRE an Bord von Herschel zugesprochen worden und es ist dies die grösste Himmelsdurchmusterung mit Herschel. Im Rahmen der Science Demonstration Phase (SDP) im Herbst 2009 beobachteten wir mit den Herschel Instrumenten PACS und SPIRE ein 16 Quadratgrad grosses Gebiet. In diesem Feld sind einige Tausend Infrarotgalaxien zu sehen. Diese Galaxien strahlen (fast) ihre gesamte Energie im Infraroten aus. In diesem Galaxientyp gibt es sehr intensive Sternentstehung über einige wenige Hundertmillionen Jahre mit Sternentstehungsraten von bis zu einigen Tausend Sonnenmassen pro Jahr. Die prominentesten Vertreter mit der höchsten Sternentstehungsrate sind die so genannten Submillimetergalaxien. Sie liegen bei Rotverschiebungen von z~1 bis 4, dies entspricht einige, wenige Milliarde Jahre nach dem Urknall. Aufgrund der Roverschiebung ist diese Strahlung aber nicht im Infraroten sondern im längerwelligen Submillimeterbereich nachweisebar, deshalb auch die Bezeichnung Submillimetergalaxien. Die räumliche Auflösung mit Herschel SPIRE beträgt 18" bei 250, 25" bei 350 und 36" bei 500 Mikrometern. Diese Galaxien sind somit allesamt Punktquellen in den Herschel SPIRE Aufnahmen.

Eines der Ziele der H-ATLAS Kollaboration ist die Suche nach den hellsten Submillimetergalaxien im jungen Universum. Verschiedene Theorien sagen voraus, dass die hellsten Mitglieder dieser Galaxienpopulation allesamt gelenste Galaxien sein müssten. Auch der Erstautor dieser Arbeit, Mattia Negrello von der Open University in Grossbritannien, arbeitete in den letzten Jahren an Galaxienentwicklungsmodellen zur genauen Vorhersage der Anzahl dieser Quellen. Mit Hilfe der drei SPIRE Filter und unter Annahme einer unteren Flussgrenze wählten wir zunächst 11 Kandidaten aus. Alle Quellen wurden in den drei SPIRE Filter signifikant nachgewiesen. Nach einem Abgleich mit Daten im Optischen und Radio Bereich und weiteren Analysen blieben fünf vielversprechende Galaxien übrig. Diese Anzahl würde mit der vorhergesagten Häufigkeit von gelensten Submillimetergalaxien von Mattia Negrello übereinstimmen. Die Übereinstimmung von Theorie und Beobachtung schien schon einmal sehr vielversprechend zu sein, siehe Abbildung 1.

Abbildung 1: Die vorhergesagte aufsummierte Anzahl verschiedener Galaxientypen (y-Achse) ist gegen die Flussdichte (in milli-Jansky, mJy) bei 500 Mikrometer aufgetragen. Bei Flussdichten von  >=50 mJy ist klar zu sehen, dass die Anzahl der nachgewiesenen Galaxien im SPIRE Band bei 500 Mikrometern von gelensten Submillimetergalaxien dominiert sein würde (schwarze Linie), welches durch unsere Beobachtungen (schwarze, gefüllte Kreise) bestätigt wird [1,2].

Nach Bekanntmachung dieser 5 vielversprechenden Quellen (siehe Abbildung 2) in unserem Konsortium begannen an verschiedensten Teleskopen auf der ganzen Welt sehr intensive, kurzfristig beantragte Beobachtungskampagnen. Ich war an diesen Kampagnen mitbeteiligt. Als PI (Principal Investigator) stellte ich einen so genannten DDT (Directors‘ Discretionary Time) Beobachtungsantrag für das IRAM 30m Telekskop, um mit dem Instrument MAMBO photometrische Messpunkte bei 1.2mm dieser 5 Quellen zu bekommen. Der Antrag wurde genehmigt und schon kurz darauf begannen die Beobachtungen. Zur Abschätzung einer ungefähren Rotverschiebung war dieser Messpunkt unbedingt nötig. Zusammen mit den Herschel SPIRE Messpunkten kann eine photometrische Rotverschiebung mit einer Messungenauigkeit von z=+-0.3 abgeleitet werden. Diese Genauigkeit erlaubte uns dann gezielt nach dem giftigen Kohlenmonoxid Molekül zu suchen und somit die Entfernung der beobachteten Galaxie verlässlich zu bestimmen. Diese spektroskopischen Beobachtungen wurden mit verschiedenen Millimeterteleskope weltweit durchgeführt, stark daran war auch das IRAM Plateau de Bure Interferometer beteiligt. Für alle 5 Quellen konnten erfolgreich spektroskopische Rotverschiebungen gemessen werden. Zwei Quellen liegen bei Rotverschiebungen grösser als z>2,5 (2,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall). 

Abbildung 2: Herschel SPIRE 3-Farbenbild von dem 16 Qudratgrad grossen SDP Feld zusammengesetzt aus Aufnahmen bei 250, 350 und 500 Mikorometern. In Insets sind die 5 entdeckten gelensten Submillimetergalaxien dargestellt [3]. 

In allen fünf Fällen ist auf der Herschel Position ein optisches Gegenstück zu sehen. Wir beobachteten diese Quellen im Submillimeterbereich auch bei wesentlich höherer räumlicher Auflösung von einer Bogensekunde oder besser mit dem SMA (Submillimeter Array) Interferometer auf Hawaii. Unsere Analyse zeigte dabei, dass die im optischen Wellenlängenbereich zusehende Galaxie nicht für die Strahlung im Submillimeterbereich zuständig ist und bei wesentlich niedrigeren Rotverschiebungen liegt, siehe Abbildung 3 und 4.

Abbildung 3: Spektrale Energieverteilung (Flussdichte gegen beobachtete Wellenlänge in Mikrometer) der fünf gelensten Submillimetergalaxien. Die beobachtete Strahlung im Optischen kommt von der Vordergrundgalaxien (in blau) und die Strahlung im Infraroten und Submillimeter von der Hintergrundgalaxie, der gelensten Submillimetergalaxie (in rot) [1,2].

Auch die beobachtete "Verformung" im Submillimeterbereich zum Beispiel im Fall von ID81, die als Einsteinring interpretiert werden kann, deutet stark darauf hin, dass die mit Herschel SPIRE entdeckten Galaxien von denen im Optischen zu sehenden Vordergrundgalaxien durch den Gravitationslinseneffekt verstärkt und verformt worden sind, siehe Abbildung 4. Es handelt sich somit bei unseren fünf Galaxien um die lang gesuchten gelensten Submillimetergalaxien. Die 100% Erfolgsquote dieser neu entwickelten Methode zeigt das grosse Potential Gravitationslinsen im Submillimeterbereich zu finden.

Abbildung 4: Links Herschel-SPIRE Aufnahme von ID81 und rechts ein Komposit aus einer optischen KECK (blau)  und einer hochauflösenden SMA (rot) Aufnahme. Das Komposit veranschaulicht, dass die Millimeterstrahlung nicht von der optischen Quellen (blau) kommen kann.

Dank der durch den Gravitationslinseneffekt (siehe Abbildung 5) auftretende Vergrösserung der Hintergrundgalaxien ist es möglich im Detail diese Galaxien zu studieren, was bei nicht gelensten Objekten nicht so einfach möglich wäre. Zum Beispiel beträgt der Vergrösserungsfaktor im Falle von ID81 ~18-31. Abbildung 2 macht ziemlich deutlich, dass tatsächlich riessige Himmelsgebiete durchmustert werden müssen um eine gewisse Anzahl dieser Quellen zu finden. In der Pre-Herschel Zeit war es nicht möglich grosse Gebiete wie mit nun Herschel zu beobachten. Einmal wurde so ein ähnliches Objekt zufällig gefunden. Ich kann mich auch noch sehr gut an die Winterschule "Cold Universe" in Saas Fee im März 2002 erinnern, in der einer der Entdecker der Submillimetergalaxien, Andrew Blain (Caltech), auf den Gravitationslinseneffekt im Submillimeterwellenlängenbereich hinwies und dies mich damals sehr beeindruckte. Es dauerte aber dann nochmals 8 Jahre bis dieser Effekt tatsächlich beobachtet wurde. Das ich dabei Teil des Entdeckerteams sein würde, mit einem Science Artikel noch dazu, hätte ich mir damals nicht unbedingt träumen lassen.

Abbildung 5: Am Beispiel ID81 wird der Gravitationslinseneffekt illustriert.

An dieser Stelle möchte ich erwähnen, dass die Herschel Daten von dem hier besprochenen SDP Feld, seit kurzem öffentlich zugänglich sind. Die gesamte Himmelsdurchmusterung wird sich auf insgesamt 550 Quadratgrad, über verschiedene Himmelsregionen verteilt, erstrecken. Wir erwarten deshalb noch eine grössere Anzahl von Objekten dieser Art zu entdecken. Dies wird uns dann erlauben die Eigenschaften der gesamten Population mit einer soliden Statistik intensiv analysieren und dadurch stichaltige Schlussfolgerungen ableiten zu können. 

 

Bis zum nächsten Blog,

 

Euer Helmut Dannerbauer 

Quelle:

[1]: M. Negrello et al., Science, November 5th 2010, 330, 800, ‚The Detection of a Submillimeter-Bright, Strongly Lensed Galaxies‘

[2]: M. Negrello et al., astro-ph/1011.1255, (gleicher Artikel wie in Science)

[3]: Pressemitteilung von ESA SciTech, NASA, Open University und Herschel Frankreich

 

Negrello, M., Hopwood, R., De Zotti, G., Cooray, A., Verma, A., Bock, J., Frayer, D., Gurwell, M., Omont, A., Neri, R., Dannerbauer, H., Leeuw, L., Barton, E., Cooke, J., Kim, S., da Cunha, E., Rodighiero, G., Cox, P., Bonfield, D., Jarvis, M., Serjeant, S., Ivison, R., Dye, S., Aretxaga, I., Hughes, D., Ibar, E., Bertoldi, F., Valtchanov, I., Eales, S., Dunne, L., Driver, S., Auld, R., Buttiglione, S., Cava, A., Grady, C., Clements, D., Dariush, A., Fritz, J., Hill, D., Hornbeck, J., Kelvin, L., Lagache, G., Lopez-Caniego, M., Gonzalez-Nuevo, J., Maddox, S., Pascale, E., Pohlen, M., Rigby, E., Robotham, A., Simpson, C., Smith, D., Temi, P., Thompson, M., Woodgate, B., York, D., Aguirre, J., Beelen, A., Blain, A., Baker, A., Birkinshaw, M., Blundell, R., Bradford, C., Burgarella, D., Danese, L., Dunlop, J., Fleuren, S., Glenn, J., Harris, A., Kamenetzky, J., Lupu, R., Maddalena, R., Madore, B., Maloney, P., Matsuhara, H., Michaowski, M., Murphy, E., Naylor, B., Nguyen, H., Popescu, C., Rawlings, S., Rigopoulou, D., Scott, D., Scott, K., Seibert, M., Smail, I., Tuffs, R., Vieira, J., van der Werf, P., & Zmuidzinas, J. (2010). The Detection of a Population of Submillimeter-Bright, Strongly Lensed Galaxies Science, 330 (6005), 800-804 DOI: 10.1126/science.1193420

 

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Herschel entdeckt fünf gelenste Submillimetergalaxien

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Mit Hilfe des Infrarotobservatoriums Herschel entdeckte ein internationales Forscherteam, dem ich auch angehöre, systematisch fünf so genannte gelenste Submillimetergalaxien im frühen Universum. Das amerikanische Wissenschaftsfachmagazin Science veröffentliche vor einigen Tagen, am 5. November 2010 [1,2], diese bahnbrechende Entdeckung mit nicht weniger als 89 Autoren. Dies ist bisher eines der herausragenden Ergebnisse der extragalaktischen Astronomie dieser Mission.

Diese Beobachtungen sind Teil des Herschel Open Time Key Project H-ATLAS (PI: S. Eales, Cardiff, und L. Dunne Nottingham).  Diesem Proramm sind insgesamt 600 Stunden Beobachtungszeit mit den beiden Instrumenten PACS und SPIRE an Bord von Herschel zugesprochen worden und es ist dies die grösste Himmelsdurchmusterung mit Herschel. Im Rahmen der Science Demonstration Phase (SDP) im Herbst 2009 beobachteten wir mit den Herschel Instrumenten PACS und SPIRE ein 16 Quadratgrad grosses Gebiet. In diesem Feld sind einige Tausend Infrarotgalaxien zu sehen. Diese Galaxien strahlen (fast) ihre gesamte Energie im Infraroten aus. In diesem Galaxientyp gibt es sehr intensive Sternentstehung über einige wenige Hundertmillionen Jahre mit Sternentstehungsraten von bis zu einigen Tausend Sonnenmassen pro Jahr. Die prominentesten Vertreter mit der höchsten Sternentstehungsrate sind die so genannten Submillimetergalaxien. Sie liegen bei Rotverschiebungen von z~1 bis 4, dies entspricht einige, wenige Milliarde Jahre nach dem Urknall. Aufgrund der Roverschiebung ist diese Strahlung aber nicht im Infraroten sondern im längerwelligen Submillimeterbereich nachweisebar, deshalb auch die Bezeichnung Submillimetergalaxien. Die räumliche Auflösung mit Herschel SPIRE beträgt 18″ bei 250, 25″ bei 350 und 36″ bei 500 Mikrometern. Diese Galaxien sind somit allesamt Punktquellen in den Herschel SPIRE Aufnahmen.

Eines der Ziele der H-ATLAS Kollaboration ist die Suche nach den hellsten Submillimetergalaxien im jungen Universum. Verschiedene Theorien sagen voraus, dass die hellsten Mitglieder dieser Galaxienpopulation allesamt gelenste Galaxien sein müssten. Auch der Erstautor dieser Arbeit, Mattia Negrello von der Open University in Grossbritannien, arbeitete in den letzten Jahren an Galaxienentwicklungsmodellen zur genauen Vorhersage der Anzahl dieser Quellen. Mit Hilfe der drei SPIRE Filter und unter Annahme einer unteren Flussgrenze wählten wir zunächst 11 Kandidaten aus. Alle Quellen wurden in den drei SPIRE Filter signifikant nachgewiesen. Nach einem Abgleich mit Daten im Optischen und Radio Bereich und weiteren Analysen blieben fünf vielversprechende Galaxien übrig. Diese Anzahl würde mit der vorhergesagten Häufigkeit von gelensten Submillimetergalaxien von Mattia Negrello übereinstimmen. Die Übereinstimmung von Theorie und Beobachtung schien schon einmal sehr vielversprechend zu sein, siehe Abbildung 1.

Abbildung 5: Am Beispiel ID81 wird der Gravitationslinseneffekt illustriert.

An dieser Stelle möchte ich erwähnen, dass die Herschel Daten von dem hier besprochenen SDP Feld, seit kurzem öffentlich zugänglich sind. Die gesamte Himmelsdurchmusterung wird sich auf insgesamt 550 Quadratgrad, über verschiedene Himmelsregionen verteilt, erstrecken. Wir erwarten deshalb noch eine grössere Anzahl von Objekten dieser Art zu entdecken. Dies wird uns dann erlauben die Eigenschaften der gesamten Population mit einer soliden Statistik intensiv analysieren und dadurch stichaltige Schlussfolgerungen ableiten zu können. 

 

Bis zum nächsten Blog,

 

Euer Helmut Dannerbauer 

Quelle:

[1]: M. Negrello et al., Science, November 5th 2010, 330, 800, ‚The Detection of a Submillimeter-Bright, Strongly Lensed Galaxies‘

[2]: M. Negrello et al., astro-ph/1011.1255, (gleicher Artikel wie in Science)

[3]: Pressemitteilung von ESA SciTech, NASA, Open University und Herschel Frankreich

 

Negrello, M., Hopwood, R., De Zotti, G., Cooray, A., Verma, A., Bock, J., Frayer, D., Gurwell, M., Omont, A., Neri, R., Dannerbauer, H., Leeuw, L., Barton, E., Cooke, J., Kim, S., da Cunha, E., Rodighiero, G., Cox, P., Bonfield, D., Jarvis, M., Serjeant, S., Ivison, R., Dye, S., Aretxaga, I., Hughes, D., Ibar, E., Bertoldi, F., Valtchanov, I., Eales, S., Dunne, L., Driver, S., Auld, R., Buttiglione, S., Cava, A., Grady, C., Clements, D., Dariush, A., Fritz, J., Hill, D., Hornbeck, J., Kelvin, L., Lagache, G., Lopez-Caniego, M., Gonzalez-Nuevo, J., Maddox, S., Pascale, E., Pohlen, M., Rigby, E., Robotham, A., Simpson, C., Smith, D., Temi, P., Thompson, M., Woodgate, B., York, D., Aguirre, J., Beelen, A., Blain, A., Baker, A., Birkinshaw, M., Blundell, R., Bradford, C., Burgarella, D., Danese, L., Dunlop, J., Fleuren, S., Glenn, J., Harris, A., Kamenetzky, J., Lupu, R., Maddalena, R., Madore, B., Maloney, P., Matsuhara, H., Michaowski, M., Murphy, E., Naylor, B., Nguyen, H., Popescu, C., Rawlings, S., Rigopoulou, D., Scott, D., Scott, K., Seibert, M., Smail, I., Tuffs, R., Vieira, J., van der Werf, P., & Zmuidzinas, J. (2010). The Detection of a Population of Submillimeter-Bright, Strongly Lensed Galaxies Science, 330 (6005), 800-804 DOI: 10.1126/science.1193420

 

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Galaxie bei z=8,6 entdeckt

ResearchBlogging.org Am vergangenen Montag erfuhr ich per Facebook über eine am folgenden Tag stattfindende Online-Pressekonferenz bei ESO (European Southern Observatory). Anlass sei eine spektuläre Entdeckung im frühen Universum. Ich war ziemlich neugierig zu erfahren, um was es sich handeln könnte. Gerüchte über eine bevorstehende, herausragende Entdeckung in der extragalaktischen Astronomie mit ESO Teleskopen waren mir nicht bekannt.

Zwei Tage später erhielt ich eine ESO Pressemitteilung per Email [1]. In der Tat, die angekündigte Entdeckung ist in der Tat herausragend: der Nachweis der weitentferntesten Galaxie, bei einer Rotverschiebung von z=8,6 mit dem VLT (Very Large Telescope). Diese Rotverschiebung entspricht weniger als 600 Millionen Jahre nach dem Urknall. Im Gegensatz zum bisherigen Rekordhalter, einem Gamma-Strahlenausbruch bei z~8,0 (siehe dieses Blog von mir), handelt es sich hierbei um eine ’normale‘ Galaxie. Der amerikanische Forscher Matthew D. Lehnert vom Observatorium Paris-Meudon und sein internationales Team stellten dieses Forschungsergebnis in der neuesten Ausgaben des renommierten, britischen Fachmagazins Nature vor [2]. Wie wurde dieses Objekt nun entdeckt und dessen Entfernung einwandfrei bestimmt?

Im vergangenen Jahr stellte verschiedene Forscherteams eine Vielzahl von Galaxien als Kandidaten mit Rotverschiebungen von ungefähr z~8-9. Nur Dank der bei der letzten Servicemission des Hubble Space Telescope (HST) installierten, extrem empfindlichen Kamera WFCAM3 war dies möglich. Basierend auf der sogenannten Lymanbreak-Technique (siehe diesen Post von mir über Details dieser Methode) und mit Hilfe von zwei Nahinfrarot-Filtern, dem Y, mit einer zentralen Wellenlänge von 1050 Nanometer (nm), und dem J, mit einer zentralen Wellenlänge von 1250 nm, wählten Wissenschaftler diese Galaxien aus. Leider ist es aber alleine mit photometrischen Methode wie dieser nicht möglich die exakte Entfernung dieser Objekte zu bestimmen. Dafür ist die Identifizierung einiger bekannten atomaren Linie nötig. Dies ist jedoch nur mit spektroskopische Beobachtungen möglich.

Ein Forscherteam um den amerikanischen Astronomen Matthew D. Lehnert stellte jedoch fest, dass es mit dem Nahinfrarotspektrograohen SINFONI am VLT prinzipiell möglich sei die Wasserstofflinie in diesen Galaxien bei einer Rotverschiebung von z~8 Galaxien nachzuweisen und somit die Rotverschiebung eindeutig zu bestimmen. UDFy-38135539 schien ihnen der robusteste Kandidat zu sein (Abbildung 1) und reichten einen sogenannten DDT (Directory’s Discretionary Time) Beobachtungsantrag bei der ESO ein. Der Antrag wurde sogleich genehmigt und kurze Zeit später fanden dann die erfolgreichen Beobachtungen statt.

Der vielversprechenste z~8 Kandidat wurde für insgesamt 16 Stunden (davon 14,8 Stunden on-source Integrationszeit) im Service Mode (siehe Post zu diesem Thema) mit SINFONI am VLT beobachtet. Tatsächlich entdeckten die Forscher bei 1161,6 nm eine Linie mit einer Signifikanz von 6 Sigma (=Signal-zu-Rausch Verhältnis von 6), siehe Abbildung 2. Sie konnten einwandfrei zeigen, dass es sich nicht um Rauschen sondern um die Wasserstofflinie der Lyman-Reihe (bei 121,6 nm im Ruheraum) handelt. Zum Beispiel konnten die Astrophysiker einen weiteren Kandidaten für die beobachtete Linie, einen Liniendoublet des einfach ionisierten Sauerstoff (bei 373 nm) bei einer weitaus niedrigeren Rotverschiebung von z=2,12, nachvollziehbar ausschliessen. Die Entdeckung wurde auch dadurch begünstigt, dass es in diesem beobachteten Teil des Spektrums keine starke Himmelslinien gibt (siehe Abbildung 2), die eine Linienidentizierung stark erschwert hätte. Ähnlich zur Milchstrasse bewegt sich die Sternentstehungsrate bei dieser jungen Galaxie bei einigen wenigen Sonnenmassen pro Jahr.

Abb. 2: 1-dimensionales Spektrum von UDFy-38135539 [2,3] mit der identifizierten Wasserstofflinie der Lyman-Reihe. Im Vergleich dazu ist das Himmelsspektrum in grau gezeigt.

Oft zeigen die Forscher in ihren Publikation nur das so genannte eindimensionale Spektrum: Wellenlänge gegen Strahlungsintensität. Die Identifizierung bzw. ob man einer Linie glauben schenken kann oder nicht basiert jedoch eigentlich fast immer auf dem so genannten 2-dimensionalen Spektrum. Die beiden Dimension sind dabei die Wellenlänge und die räumliche Richtung (=Längsrichtung des Spaltes). Das in der Veröffentlichung gezeigte 2d Spektrum schaut ziemlich überzeugend aus, siehe Abbildung 3. Das 1d Spektrum entsteht dabei einfach aus der Aufsummierung in räumlicher Richtung.

Die entdeckte Galaxie strahlte ihr Licht in der Epoche der so genannten Reionisation des Universums aus. In dieser Zeitspanne ionisierten die erste Galaxien den neutralen Wasserstoff erneut Schritt für Schritt. Berechnungen dieser Arbeit zeigen, dass die Strahlungsintensität der beobachteten Galaxie nicht alleine ausreichend war um den Nebel aus neutralen Wasserstoff in iherer Umgebung transparent zu machen, sondern weitere, schwächere und masseärmere Quellen in der Umgebung von UDFy-38135539 nötig waren.  

Abb. 3: 2-dimensionales Spektrum von UDFy-38135539.

Das internationale Forscherteam stellte seinen Artikel auch in das astronomischen Preprint Webarchiv astroph [3]. Besonders gut gefiel mir, dass die Wissenschaftler ESO baten die Roh- und Kalibrationsdaten sofort freizugeben, im Gegensatz zu der üblichen Sperrfrist von einem Jahr. Über das ESO Archiv kann jeder diese Daten herunterladen und analysieren. Auch richtete sie einen Webpage ein, auf der noch weitere Informationen wie zum Beispiel die reduzierten Daten zu finden sind. Dieses vorbildliche Vorgehen dieser Wissenschaftler gewährleistet wichtige wissenschaftliche Grundsätze wie Transparenz und Reproduzierbarkeit.

An dieser Stelle möchte ich auch auf das komplentäre und erfolgreiche Zusammenspiel zweier Schwergewichte der Teleskopszene HST (Imaging) und VLT (Spektroskopie) hinweisen. Bemerkenswert ist aus meiner Sicht desweiteren, dass es somit schon mit der heutigen Generation von 10m Teleskopen möglich ist, astronomische Objekte bei extremen Entfernungen eindeutig zu bestimmen. Jedoch werden die Forscher erst mit den geplanten 30m Teleskopen in der Lage sein grosse Sample zu erstellen und die Eigenschaften der gesamten Population im Detail zu studieren. Auch die Quellen in der Umgebung von UDFy-38135539, die für eine Transparenz des Wasserstoff-Nebels sorgte, sollten dann mit der kommenden Generation von Teleskopen identifiziert werden können.

Bis zum nachsten Blog,

Euer Helmut Dannerbauer

Quellen:

[1]: ESO Pressemitteilung 1041 vom 20. Oktober 2010

[2]: Lehnert, M. D., Nesvadba, N. P. H., Cuby, J.-G., Swinbank, A. M., Morris, S., Clement, B., Evans, C. J., Bremer, M. N. & Basa, S., Nature, 20th October, 467, 942, ‚Spectroscopic confirmation of a galaxy at z=8.6‘

[3]: astro-ph/1010.4312
    

Lehnert, M., Nesvadba, N., Cuby, J., Swinbank, A., Morris, S., Clément, B., Evans, C., Bremer, M., & Basa, S. (2010). Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z = 8.6 Nature, 467 (7318), 940-942 DOI: 10.1038/nature09462

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Galaxie bei z=8,6 entdeckt

ResearchBlogging.org Am vergangenen Montag erfuhr ich per Facebook über eine am folgenden Tag stattfindende Online-Pressekonferenz bei ESO (European Southern Observatory). Anlass sei eine spektuläre Entdeckung im frühen Universum. Ich war ziemlich neugierig zu erfahren, um was es sich handeln könnte. Gerüchte über eine bevorstehende, herausragende Entdeckung in der extragalaktischen Astronomie mit ESO Teleskopen waren mir nicht bekannt.

Zwei Tage später erhielt ich eine ESO Pressemitteilung per Email [1]. In der Tat, die angekündigte Entdeckung ist in der Tat herausragend: der Nachweis der weitentferntesten Galaxie, bei einer Rotverschiebung von z=8,6 mit dem VLT (Very Large Telescope). Diese Rotverschiebung entspricht weniger als 600 Millionen Jahre nach dem Urknall. Im Gegensatz zum bisherigen Rekordhalter, einem Gamma-Strahlenausbruch bei z~8,0 (siehe dieses Blog von mir), handelt es sich hierbei um eine ’normale‘ Galaxie. Der amerikanische Forscher Matthew D. Lehnert vom Observatorium Paris-Meudon und sein internationales Team stellten dieses Forschungsergebnis in der neuesten Ausgaben des renommierten, britischen Fachmagazins Nature vor [2]. Wie wurde dieses Objekt nun entdeckt und dessen Entfernung einwandfrei bestimmt?

Im vergangenen Jahr stellte verschiedene Forscherteams eine Vielzahl von Galaxien als Kandidaten mit Rotverschiebungen von ungefähr z~8-9. Nur Dank der bei der letzten Servicemission des Hubble Space Telescope (HST) installierten, extrem empfindlichen Kamera WFCAM3 war dies möglich. Basierend auf der sogenannten Lymanbreak-Technique (siehe diesen Post von mir über Details dieser Methode) und mit Hilfe von zwei Nahinfrarot-Filtern, dem Y, mit einer zentralen Wellenlänge von 1050 Nanometer (nm), und dem J, mit einer zentralen Wellenlänge von 1250 nm, wählten Wissenschaftler diese Galaxien aus. Leider ist es aber alleine mit photometrischen Methode wie dieser nicht möglich die exakte Entfernung dieser Objekte zu bestimmen. Dafür ist die Identifizierung einiger bekannten atomaren Linie nötig. Dies ist jedoch nur mit spektroskopische Beobachtungen möglich.

Abb. 2: 1-dimensionales Spektrum von UDFy-38135539 [2,3] mit der identifizierten Wasserstofflinie der Lyman-Reihe. Im Vergleich dazu ist das Himmelsspektrum in grau gezeigt.

Oft zeigen die Forscher in ihren Publikation nur das so genannte eindimensionale Spektrum: Wellenlänge gegen Strahlungsintensität. Die Identifizierung bzw. ob man einer Linie glauben schenken kann oder nicht basiert jedoch eigentlich fast immer auf dem so genannten 2-dimensionalen Spektrum. Die beiden Dimension sind dabei die Wellenlänge und die räumliche Richtung (=Längsrichtung des Spaltes). Das in der Veröffentlichung gezeigte 2d Spektrum schaut ziemlich überzeugend aus, siehe Abbildung 3. Das 1d Spektrum entsteht dabei einfach aus der Aufsummierung in räumlicher Richtung.

Die entdeckte Galaxie strahlte ihr Licht in der Epoche der so genannten Reionisation des Universums aus. In dieser Zeitspanne ionisierten die erste Galaxien den neutralen Wasserstoff erneut Schritt für Schritt. Berechnungen dieser Arbeit zeigen, dass die Strahlungsintensität der beobachteten Galaxie nicht alleine ausreichend war um den Nebel aus neutralen Wasserstoff in iherer Umgebung transparent zu machen, sondern weitere, schwächere und masseärmere Quellen in der Umgebung von UDFy-38135539 nötig waren.  

Abb. 3: 2-dimensionales Spektrum von UDFy-38135539.

Das internationale Forscherteam stellte seinen Artikel auch in das astronomischen Preprint Webarchiv astroph [3]. Besonders gut gefiel mir, dass die Wissenschaftler ESO baten die Roh- und Kalibrationsdaten sofort freizugeben, im Gegensatz zu der üblichen Sperrfrist von einem Jahr. Über das ESO Archiv kann jeder diese Daten herunterladen und analysieren. Auch richtete sie einen Webpage ein, auf der noch weitere Informationen wie zum Beispiel die reduzierten Daten zu finden sind. Dieses vorbildliche Vorgehen dieser Wissenschaftler gewährleistet wichtige wissenschaftliche Grundsätze wie Transparenz und Reproduzierbarkeit.

An dieser Stelle möchte ich auch auf das komplentäre und erfolgreiche Zusammenspiel zweier Schwergewichte der Teleskopszene HST (Imaging) und VLT (Spektroskopie) hinweisen. Bemerkenswert ist aus meiner Sicht desweiteren, dass es somit schon mit der heutigen Generation von 10m Teleskopen möglich ist, astronomische Objekte bei extremen Entfernungen eindeutig zu bestimmen. Jedoch werden die Forscher erst mit den geplanten 30m Teleskopen in der Lage sein grosse Sample zu erstellen und die Eigenschaften der gesamten Population im Detail zu studieren. Auch die Quellen in der Umgebung von UDFy-38135539, die für eine Transparenz des Wasserstoff-Nebels sorgte, sollten dann mit der kommenden Generation von Teleskopen identifiziert werden können.

Bis zum nachsten Blog,

Euer Helmut Dannerbauer

Quellen:

[1]: ESO Pressemitteilung 1041 vom 20. Oktober 2010

[2]: Lehnert, M. D., Nesvadba, N. P. H., Cuby, J.-G., Swinbank, A. M., Morris, S., Clement, B., Evans, C. J., Bremer, M. N. & Basa, S., Nature, 20th October, 467, 942, ‚Spectroscopic confirmation of a galaxy at z=8.6‘

[3]: astro-ph/1010.4312
    

Lehnert, M., Nesvadba, N., Cuby, J., Swinbank, A., Morris, S., Clément, B., Evans, C., Bremer, M., & Basa, S. (2010). Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z = 8.6 Nature, 467 (7318), 940-942 DOI: 10.1038/nature09462

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