Warum sieht diese Galaxie älter aus als ihre Jahre?

Lila, unscharfes Zentrum mit umgebendem blauem, haloartigem Gas auf schwarzem Hintergrund.

Die Galaxie ALESS 073.1, die sich 12 Milliarden Lichtjahre entfernt befindet und entstand, als das Universum nur 10 % seines heutigen Alters hatte, hat nicht nur eine große Ausbuchtung, sondern auch eine rotierende Scheibe, was dem allgemeinen Verständnis der Galaxienentstehung widerspricht. Dieses Bild, beobachtet mit demALMA-Teleskop, ist für eine solche Entfernung unglaublich detailliert. Bild über Federico Lelli et al./UBC.


Astronomen haben eine mächtig überraschende Galaxie aus dem frühen Universum gefunden, die reifer erscheint, als sie für ihr Alter sollte. Sieangekündigtdieses Ergebnis vom 11. Februar 2021 und weist darauf hin, dass sich die Galaxie ALESS 073.1 etwa 12 Milliarden befindetLichtjahreein Weg. Das bedeutet, dass wir diese Galaxie so sehen, wie sie war, als das Universum nur 1,2 Milliarden Jahre alt war oder 10 % seines heutigen Alters. Zu einem solchen Zeitpunkt würde nach den Theorien der Astronomen diese Galaxie in Betracht gezogenJung. Es sollte relativ ungeformt sein. Aber ALESS 073.1 hat schon ein großes InnenlebenAusbuchtung, ein rotierendesScheibeund PotenzialSpiralarme. Wie kam es zu diesen Merkmalen – alles Anzeichen einer relativen Reife – in einem so frühen Alter?

Das Studium dieser Galaxie warveröffentlichtdiesen Monat impeer-reviewedTagebuchWissenschaft.


Beobachtungen mit demALMA-Teleskopzeigen, dass ALESS 073.1 bereits alle Eigenschaften hat, die wir von einer reifen Galaxie erwarten würden, was unser derzeitiges Verständnis über die Entstehung von Galaxien in Frage stellt. Dies lässt Astronomen sich fragen, wie es so schnell gewachsen ist, verglichen mit dem, was wir so nahe am Anfang des Universums erwarten würden. Beachten Sie, dass Sie, je weiter Sie in die Ferne schauen, auch in die Vergangenheit schauen (wie eine Zeitmaschine). Eine in dieser Entfernung beobachtete Galaxie zeigt uns also automatisch auch, wie sie vor langer Zeit aussah, nicht wie sie heute aussehen würde.

Der Hauptautor des Artikels, Dr. Federico Lelli, der die Forschung während seiner Zeit an der School of Physics and Astronomy der Cardiff University (er ist jetzt am Arcetri Astrophysical Observatory in Florenz) durchführte, sagte:

Wir entdeckten, dass in dieser Galaxie bereits eine massive Ausbuchtung, eine regelmäßig rotierende Scheibe und möglicherweise Spiralarme vorhanden waren, als das Universum nur 10 % seines aktuellen Alters hatte. Mit anderen Worten, diese Galaxie sieht aus wie ein erwachsener Erwachsener, sollte aber sei nur ein kleines Kind. Es widersetzt sich unserem Verständnis der Galaxienentstehung.

Bärtiger Mann mit Brille, Himmelskugel haltend, vor Andromeda-Galaxie-Wandbild.

Federico Lelli ist Hauptautor des Papiers, das feststellte, dass eine Galaxie des frühen Universums viel weiter entwickelt ist als erwartet. Bild überlellifederico.com.




Es wird angenommen, dass Galaxien im sehr frühen Universum eine massive Sternentstehung durchlaufen und heftig turbulente Dinge in ihnen vor sich gehen. Dies würde dazu führen, dass sie chaotisch aussehen, ohne besondere Struktur und vor allem ohne gut organisierte Spiralarme. Dann, im Laufe der Zeit, über Milliarden von Jahren, würden sich die Dinge beruhigen und die Galaxien würden nicht mehr so ​​dynamisch gewalttätig sein, sondern würden sich in stabilere Einheiten mit den erkennbaren Formen und Strukturen verwandeln, die wir heute in Galaxien sehen.

Eine innere Galaxienwölbung (ähnlich dem Eigelb eines Spiegeleis) enthält hauptsächlich alte Sterne und hat nicht viel neue Sternentstehung. Bisher glaubten wir, dass sich Ausbuchtungen langsam bilden, wenn kleinere Galaxien an einer größeren Galaxie vorbeikommen und mit ihr verschmelzen, und über innere Prozesse in der Galaxie selbst, wenn die Zeit vergeht und Sterne alt werden. (Viel ältere Galaxien haben keine Scheiben, sondern haben sich zu entwickeltelliptische Galaxien, bestehend hauptsächlich aus einer Ausbuchtung allein.)

Spiralgalaxie dargestellt als helles zentrales Licht und umgebende Spiralarme, mit einer begleitenden unregelmäßigen (helles Licht) Galaxie auf der linken Seite.

Spiralgalaxie M51, ein Beispiel für eine Scheibengalaxie mit einer zentralen Ausbuchtung und Spiralarmen, die ihre umgebende Scheibe überlagern. Bild über K. Rhode/ M. Young/ NOAO/NOIRlab.

Mit anderen Worten, nach unserem Verständnis sollte eine junge Galaxie noch lange keine große Ausbuchtung und eine regelmäßige Scheibe haben. Aber ALESS 073.1 hat beides, mit etwa der Hälfte aller seiner Sterne innerhalb einer Ausbuchtung und vielleicht sogar Spiralarmen, die auf seiner unerwarteten Scheibe überlagert sind.


Dies bedeutet, dass die Galaxienbildung ein viel schnellerer Prozess sein kann als bisher angenommen und dass sich eine riesige Ausbuchtung viel schneller bilden kann als angenommen.

Wie können wir nun anhand der Bilder in diesem Artikel feststellen, dass ALESS 073.1 über eine Festplatte verfügt?

Klecks, rot auf einer Seite und blau auf der anderen, auf schwarzem Hintergrund.

Eine sogenannte „Rotationskarte“ von ALESS 073.1. Die Farben zeigen an, wie sich das Gas der Galaxie bewegt. Der rote Bereich zeigtrotverschobenGas, d. h. Gas, das sich von uns weg bewegt, und der blaue Bereich ist Gas, das sich auf uns zubewegt, was bedeutet, dass sich die Galaxie dreht. Bild über Federico Lelli et al./UBC.

Wenn wir an Bilder denken, die sehr weit in Raum und Zeit zurückreichen, denken wir oft an Bilder wie die Hubble Deep Fields, die in optischem und infrarotem Licht beobachtet wurden. Aber diese Bilder wurden mit beobachtetSEELE, kurz für Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, das sich in den Anden im Norden Chiles befindet. ALMA sucht im Mikrowellenbereich derelektromagnetisches Spektrum, zwischen Radio und Infrarot, also bei längeren Wellenlängen als optisches Licht. Dies ist nützlich, da verschiedene Arten von Teleskopen unterschiedliche Dinge über das, was sie beobachten, herausfinden können. Sie können beispielsweise messen, wie das Gasbewegt sichin den Galaxien mit diesem Teleskoptyp. Diese Astronomen maßen also die Bewegung von Gas und Staub in der Galaxie, um die rotierende Scheibe zu finden, und modellierten dann die Massenverteilung innerhalb der Galaxie, um die massive stellare Ausbuchtung zu messen.


Wenn Sie sich das Bild oben ansehen, ist eine Seite rot und die andere blau. Dies sind nicht die tatsächlichen Farben, sondern eine Darstellung der Rotation der Galaxie: Der rote Bereich zeigt Gas, dessen Emissionrotverschoben, was bedeutet, dass es sich von uns wegbewegt, und der blaue Bereich zeigt ein blauverschobenes Gas an (das gleiche Phänomen wie die Rotverschiebung, aber in die andere Richtung), was bedeutet, dass es sich auf uns zubewegt. Bei einer solchen Bewegung können wir sehen, dass sich die Galaxie dreht. Und wenn es Rotation gibt, sagt uns die Physik, dass es auch eine Scheibe geben wird.

Tellerantennen, die auf einen sternenübersäten Himmel starren.

Das ALMA-Teleskop in den chilenischen Anden wurde verwendet, um die Gasbewegungen in der Galaxie ALESS 073.1 zu messen und stellte fest, dass sie weiter entwickelt war, als sie 'sollte'. Dieses Teleskop besteht aus 66 Parabolantennen, die meisten von ihnen haben einen Durchmesser von 12 Metern (40 Fuß) und beobachtet im Millimeter- und Submillimeterbereich deselektromagnetisches Spektrum. Bild überNRAO.

Dies ist jedoch nicht die erste Studie, die zeigt, dass primordiale Galaxien reifer sind als angenommen. Im vergangenen Oktober wurde ein weiteres ALMA-Projekt namensALPIN, bestätigte diese Idee. Die an dieser Studie beteiligten Astronomen suchten tatsächlich nach etwas anderem; ein früher Wachstumsschub des Universums in Galaxien. Sie waren ebenso überrascht, als sie feststellten, dass bis zu 20 % der 118 untersuchten Galaxien viel reifer waren als erwartet!

zwei Bereiche mit gelben und roten Klecksen auf schwarzem Hintergrund.

Dies sind zwei Galaxien, bei denen die gelbe Farbe das Vorhandensein von viel mehr Staub als erwartet anzeigt und das rote Gas Sternentstehung und -bewegung aufzeigt. Diese Beobachtungen liefern weitere Beweise dafür, dass sich Galaxien früher gebildet haben als bisher angenommen. Bild über das ALPINE-Team/SEELE.

In diesem Fall wurde die Schlussfolgerung gezogen, indem in diesen Galaxien viel mehr Staub und schwere Elemente gemessen wurden, als erwartet. Sie sehen, Staub und schwere Elemente (Atome schwerer als Wasserstoff und Helium) tauchen erst am Ende des Lebens von Sternen auf, wo sie entstehen. In diesem frühen Alter hatte das Universum angeblich noch nicht genug Zeit, um so viele Sterne aufzubauen, also sollte es nicht so viel Staub und schwere Elemente geben! Und doch zeigte sich, dass die Galaxien reifer waren, als wir dachten.

Dieses Video erklärt die Ergebnisse des ALPINE-Teams:

Fazit: Astronomen haben im frühen Universum Galaxien beobachtet, als das Universum nur 10 % seines heutigen Alters hatte, die weitaus weiter entwickelt sind als erwartet. Dies verändert unser derzeitiges Verständnis der Galaxienentstehung radikal und weist darauf hin, dass sich Galaxien viel schneller entwickeln als bisher angenommen.

Quelle: Ein massiver stellarer Bulge in einer regelmäßig rotierenden Galaxie 1,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall

Über die University of British Columbia

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