Die Astronomin Regina Jorgenson von der University of Hawaii in Manoa hat am W. M. Keck Observatory die ersten Bilder von der Struktur einer normalen Galaxie im frühen Universum erstellt. Die Ergebnisse wurden auf dem Wintertreffen der American Astronomical Society vorgestellt, das vergangene Woche nahe Washington, DC. stattfand.
Die Galaxie mit der Bezeichnung DLA2222-0946 ist so schwach, dass sie mit Ausnahme von ein paar Wellenlängen praktisch unsichtbar ist. Sie ist Mitglied einer Galaxienklasse, die als die Vorläufer von Spiralgalaxien wie unserer eigenen Milchstraßen-Galaxie angesehen wird. Es ist bekannt, dass diese Galaxien einen Großteil des neutralen Gases enthalten, das für die Sternentstehung gebraucht wird – deshalb sind sie ein wichtiges Hilfsmittel, um die Bildung und Entwicklung von Sternen und Galaxien zu verstehen. Die Galaxien wurden vor über 30 Jahren entdeckt und klassifiziert und es ist extrem schwierig, sie direkt zu beobachten.
Dr. Jorgenson, Postdoktorandin der National Science Foundation am Institute for Astronomy der University of Hawaii, arbeitete mit Dr. Arthur Wolfe von der University of California in San Diego zusammen. Sie nutzten die modernen Technologien des W. M. Keck Observatory auf dem Mauna Kea, um die ersten räumlich aufgelösten Bilder einer Galaxie dieses Typs zu machen. Die Galaxie wurde mit dem 10-Meter-Teleskop Keck I beobachtet, das mit OSIRIS (siehe unten) und dem Laser Guide Star Adaptive Optics System ausgestattet ist.
DLA2222-0946 wurde anfangs nicht durch ihr eigenes Licht entdeckt, sondern weil sie einen Teil des Lichts von einem noch weiter entfernten Quasar absorbiert. Galaxien, die auf diese Weise entdeckt werden, werden als „damped Lyman-alpha systems (DLAs)“ (etwa: gedämpfte Lyman-alpha-Systeme) bezeichnet. Das beruht auf der spezifischen Lichtfarbe, die ihre sie aufgrund ihrer großen Mengen an Wasserstoffgas absorbiert.
Obwohl dank des umfangreichen Sloan Digitized Sky Survey (SDSS) jetzt tausende DLA-Systeme bekannt sind, sagt uns ihre Entdeckung durch Absorption nur etwas über den kleinen Teil der Galaxie, der von dem Licht des Hintergrundquasars durchdrungen wird. Es ist so, als würde man versuchen, eine Nebelbank zu kartieren, durch die nur ein einziger Scheinwerfer leuchtet. Ein umfassendes Verständnis der entfernten Galaxie erfordert eine direkte Beobachtung, die sich den Astronomen jedoch bislang entzogen hat.
„Diese Galaxien sind außergewöhnlich, weil sie gewöhnlich sind – sie repräsentieren normale Galaxientypen und nicht die hellsten, extremsten und am schnellsten Sterne produzierenden Galaxien, die bei diesen Rotverschiebungen üblicherweise beobachtet werden“, erklärte Dr. Jorgenson. „Aber diese Normalität macht es fast unmöglich, sie direkt durch ihr emittiertes Licht zu registrieren: Erstens sind diese Emissionen relativ schwach und zweitens behindert der helle Hintergrundquasar, der für die Entdeckung der Galaxie benutzt wurde, die Beobachtung schwacher Vordergrundemissionen von der Galaxie selbst.“
Die Galaxie besitzt eine Rotverschiebung von 2,354, was mit einer Zeit übereinstimmt, als das Universum vor ungefähr 10,8 Milliarden Jahren etwa 20 Prozent seines heutigen Alters erreicht hatte. Diese Zeit in der Geschichte des Universums war eine Schlüsselperiode für die Bildung von Galaxien und deswegen wird die Beobachtung typischer Galaxien aus dieser Zeit möglicherweise neue Einblicke in die relevanten physikalischen Prozesse liefern. Zu bestimmen, wie genau Galaxien wie diese (die im Grunde genommen massereiche Reservoire aus neutralem Gas sind) ihr Gas in Sterne umwandeln, ist ein fehlendes Teil im Puzzle der Stern- und Galaxienentwicklung.
Eine Vorabversion der Abhandlung, die im Astrophysical Journal veröffentlicht werden wird, kann auf arXiv angesehen werden: „Spatially Resolved Emission of a High Redshift DLA Galaxy with the Keck/OSIRIS IFU„.
OSIRIS, der OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph, ist ein Integralfeld-Spektrograf. Das Instrument arbeitet hinter der adaptiven Optik und verwendet ein System aus kleinen Linsen, um einen kleinen, rechteckigen Ausschnitt am Himmel mit Auflösungen abzubilden, die an die Beugungsgrenze des 10-Meter-Keck-Teleskops heranreichen. OSIRIS zeichnet während einer einzigen Belichtung ein infrarotes Spektrum von jedem Punkt innerhalb des Ausschnitts auf, was seine Effizienz und Präzision deutlich erhöht, wenn kleine Objekte wie entfernte Galaxien beobachtet werden. Es wird verwendet, um die Dynamiken und die Struktur der frühen Stadien der Galaxienbildung zu charakterisieren.
Das W. M. Keck Observatory betreibt die größten und wissenschaftlich produktivsten Teleskope auf der Erde. Die beiden 10-Meter-Teleskope auf dem Gipfel des Mauna Kea (Hawaii) arbeiten im optischen und infraroten Bereich und besitzen eine Reihe moderner Instrumente, darunter Kameras, Multi-Objekt-Spektrografen, hochauflösende Spektrografen, Integralfeld-Spektroskopie und eines der weltbesten Systeme mit adaptiver Optik und künstlichem Leitstern. Das Observatorium ist eine private Non-Profit-Organisation und wissenschaftlicher Partner des California Institute of Technology, der University of California und der NASA.
(THK)
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