Schlagwort: Rotverschiebung

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Rätsel: Kleine rote Punkte im frühen Universum

Sechs Einzelbilder in zwei Reihen von je drei Bildern. Auf jedem Bild ein unscharfer roter Punkt auf schwarzem Hintergrund und zwei Zeilen Text am jeweils oberen Rand.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, JWST; Dale Kocevski (Colby College)

Was sind diese kleinen roten Punkte? Niemand kennt die Antwort auf diese Frage. Astronom*innen entdeckten sie erst im letzten Jahr. Inzwischen fanden sie mit dem Weltraumteleskop James Webb Hunderte kleine rote Punkte im frühen Universum.

Kleine rote Punkte leuchten extrem schwach. Man findet sie regelmäßig auf lang belichteten Aufnahmen, die für andere Zwecke gemacht werden.

Derzeit diskutieren Fachleute darüber, was die kleinen roten Punkte sind und welche Bedeutung sie wohl haben. Mögliche Erklärungen sind: extrem massereiche Schwarze Löcher in Gas- und Staubwolken, auf die Materie einströmt; Ausbrüche von Sternbildung in jungen Galaxien, die durch Staub gerötet sind; und schließlich Gaswolken, die von dunkler Materie gespeist werden.

Diese Bilder zeigen sechs kleine rote Punkte, die fast strukturlos sind. Bei jedem steht der Name des JWST-Programms, bei dem sie entdeckt wurden. Außerdem steht bei allen der Wert ihrer kosmologischen Rotverschiebung z. Sie ist ein Maß für die Entfernung. Forschende suchen außerdem im nahen Universum nach den Objekten, die aus früheren kleinen roten Punkten entstanden sein könnten.

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Hubbles Ultra Deep Field in Licht und Ton

Das Hubble Ultra Deep Field ist ein Teil des Himmels, der sehr klein ist und sehr lange belichtet wurde, inzwischen auch mit dem Webb-Weltraumteleskop. Hier wurde das HUDF mit Tönen hinterlegt.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Vertonung: G. Salvesen; Data: M. Rafelski et al.

Hubbles Ultra Deep Field ist eine detailreiche Aufnahme eines Himmelsfelds, die weit in die Tiefe reicht. Hier ist es mit einem Effekt überlagert. Klickt auf das Bild und bewegt den Mauspfeil – dann hört ihr den Ton!

Hubbles Ultra Deep Field (HUDF) wurde 2003-2004 aufgenommen. Dazu starrte das Weltraumteleskop Hubble sehr lange auf ein nahezu leeres Himmelsfeld. So wurden weit entfernte, schwache Galaxien sichtbar. HUDF ist eins der berühmtesten Bilder der Astronomie. Hier ist es auf eine sehr lebendige Weise dargestellt, indem die Distanzen vertont wurden.

Wenn man den Mauspfeil auf eine Galaxie schiebt, erklingt ein Ton. Er entspricht der Rotverschiebung, die das Licht zum roten Ende des elektromagnetischen Spektrums schiebt. Das wird in hohe und tiefe Töne übersetzt. Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto größer ist ihre kosmologische Rotverschiebung (selbst wenn sie im Bild blau erscheint), und desto tiefer ist der Ton, den das Bild spielt.

Im Schnitt sind die Galaxien im HUDF 10,6 Milliarden Lichtjahre entfernt und klingen wie ein F#. Welche ist die am weitesten entfernte Galaxie im Bild?

Hinweis: Für die vertonte Version bitte aufs Bild oder hier klicken

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JADES-GS-z14-0: Neues fernstes Objekt

Zwischen zahllosen Galaxien ist ein kleines Objekt mit einem weißen Quadrat markiert und rechts oben in einem Einschub vergrößert.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

Was wäre, wenn wir bis zum Beginn des Universums zurückblicken könnten? Wir könnten sehen, wie Galaxien entstehen. Doch wie sahen Galaxien damals aus? Der Antwort auf diese Frage kamen wir kürzlich einen Schritt näher, als die Analyse eines Bildes veröffentlicht wurde, das mit dem James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) aufgenommen wurde.

Die Aufnahme zeigt das fernste Objekt, das je entdeckt wurde. Die meisten Galaxien entstanden etwa 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall, doch einige entwickelten sich früher. Der Kasten im Bild zeigt JADES–GS-z14-0. Es ist der blasse Fleck einer Galaxie, die nur 300 Millionen Jahre nach Beginn des Universums entstand.

Technischen gesehen liegt diese Galaxie bei der gemessenen Rotverschiebung z=14.32. Sie existierte also schon, als das Universum erst ein Fünfzigstel seines jetzigen Alters hatte. Praktisch alle Objekt im Bild sind Galaxien.

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Eine Karte des beobachtbaren Universums

Ein Viertelkreis ist unten an der Spitze hell, geht von innen nach außen in rot über, dann blau, außen am Kreisbogen ist die Hintergrundstrahlung abgebildet.

Bildcredit und Bildrechte: B. Ménard und N. Shtarkman; Daten: SDSS, Planck, JHU, Sloan, NASA, ESA

Was wäre, wenn wir bis zum Rand des beobachtbaren Universums sehen könnten? Wir würden Galaxien hinter Galaxien sehen und dahinter nochmals Galaxien, und dahinter, nun ja, Quasare, das sind die hellen Zentren weit entfernter Galaxien.

Für ein besseres Verständnis der allergrößten Größenordnungen, die der Menschheit zugänglich sind, wurde eine Karte aller Galaxien und Quasare erstellt, die von 2000 bis 2020 mit der Sloan Digital Sky Survey (eine digitale Himmelsdurchmusterung) entdeckt wurden. Die Karte reicht bis zum Rand des beobachtbaren Universums.

Das Bild zeigt einen Keil der Karte mit ungefähr 200.000 Galaxien und Quasaren. Sie überblickt einen Zeitraum, der 12 Milliarden Jahre in die Vergangenheit reicht, das entspricht der kosmologischen Rotverschiebung 5.

Fast jeder Punkt im nahen unteren Teil der Illustration zeigt eine Galaxie. Die Rottöne zeigen die zunehmende Rotverschiebung und Entfernung. Ebenso zeigt fast jeder Punkt im obern Teil einen fernen Quasar. Blau schattierte Punkte sind näher als rote. Viele Entdeckungen zeigen deutlich, wie die Gravitation zwischen Galaxien dazu führte, dass sich das nahe Universum zu immer ausgeprägteren Faserstrukturen verdichtete als das ferne Universum.

Detailreichere Karte des heutigen APOD

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Simulation: Eine Scheibengalaxie entsteht

Videocredit: TNG-Arbeitsgemeinschaft, MPCDF, FAS Harvard U.; Musik: World’s Sunrise (YouTube: Jimena Contreras)

Wie sind wir hierher gekommen? Wir wissen, dass wir auf einem Planeten leben, der um einen Stern kreist, der wiederum die Galaxis umrundet, doch wie ist das alles entstanden? Unser Universum bewegt sich zu langsam, um das zu beobachten. Daher wurden schnelle Computersimulationen erstellt, um das herauszufinden. Dieses Video der Arbeitsgemeinschaft IllustrisTNG simuliert die Bewegung von Gas ab dem frühen Universum (Rotverschiebung 12) bis heute (Rotverschiebung 0).

Zu Beginn der Simulation fällt Gas aus der Umgebung in eine Region mit relativ hoher Gravitation und sammelt sich dort an. Nach wenigen Milliarden Jahren bildet sich bei dem faszinierenden kosmischen Tanz ein klar definiertes Zentrum. Gasklumpen fallen weiterhin in die rotierende Galaxie. Manche davon sind kleine Begleitgalaxien. Sie werden aufgenommen, bis am Ende des Videos die gegenwärtige Epoche erreicht ist.

Doch für die Milchstraße sind die großen Verschmelzungen vielleicht noch nicht vorbei. Es gibt aktuelle Hinweise, dass unsere große Spiralgalaxie in einigen Milliarden Jahren mit der etwas größeren Andromeda-Spiralgalaxie kollidiert und verschmilzt.

Offene Wissenschaft: Stöbert in mehr als 3000 Codes der Quellcodebibliothek für Astrophysik

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Earendel: Ein Stern im frühen Universum

Das Bild zeigt den Stern Earendel im fernen Universum der durch einen Galaxienhaufen im Vordergrund so stark vergrößert wird, dass er auf der Erde tausendfach heller erscheint.

Bildcredit: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI); Bearbeitung: A. Pagan (STScI)

Beschreibung: Ist Earendel der am weitesten entfernte Stern, der je entdeckt wurde? Diese wissenschaftliche Möglichkeit ergab sich, als das Weltraumteleskop Hubble einen riesigen Galaxienhaufen beobachtete. Der Gravitationslinseneffekt dieses Haufens vergrößert und verzerrt eine Galaxie weit dahinter. Diese verzerrte Hintergrundgalaxie ist mit einer Rotverschiebung von 6,2 sehr weit entfernt. Auf diesem Bild erscheint sie als lange rote Kordel. Die Perlen auf der Kette sind wahrscheinlich einzelne Sterne oder Sternhaufen.

Die Linse des Galaxienhaufens erzeugt eine Linie der maximalen Vergrößerung, wo überlagerte Hintergrundobjekte tausendfach vergrößert erscheinen können. Am Schnittpunkt zwischen der Galaxienlinie und der Linie der maximalen Vergrößerung befindet sich eine „Perle“, die vermutlich von einem einzelnen hellen Stern im frühen Universum stammt. Dieser wird nun Earendel genannt.

Künftige Forschungen enthalten vielleicht weiteres Bildmaterial von Hubble und – ziemlich wahrscheinlich – vom neuen James-Webb-Weltraumteleskop, wenn es in naher Zukunft in Betrieb geht. So können sich zeigen, wie sich die Helligkeit von Earendel verändert. Die große Entfernung von Earendel übertrifft die aller bekannten stabilen Sterne. Nur der Stern, bei dessen Explosion GRB 090423 entstand, hatte eine noch höhere Rotverschiebung von 8,2.

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Hubbles Ultra Deep Field in Licht und Ton

Das Bild zeigt das berühmte Hubble Ultra Deep Field mit unzähligen Galaxien. Beim Klick auf das Bild gelangt man zu einer vertonten Darstellung des Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Vertonung: G. Salvesen (UCSB); Daten: M. Rafelski et al.

Sicher habt ihr Hubbles Ultra Deep Field schon einmal gesehen. Aber habt ihr es auch schon mal gehört? Klickt auf das Bild und lauscht! Hubbles Ultra Deep Field (HUDF) wurde in den Jahren 2003­­—2004 mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen. Es starrte eine sehr lange Zeit in einen fast leeren Raum. So wurden ferne, blasse Galaxien sichtbar.

Das HUDF ist eines der berühmtesten Bilder der Astronomie. Bei Klick auf das Bild wird es auf eine sehr lebendige Art präsentiert: Die Distanzen werden vertont. Wenn ihr den Mauspfeil auf eine Galaxie schiebt, hört ihr einen Ton, der ihre ungefähre Rotverschiebung verrät. Weil die Rotverschiebung das Licht zum roten Ende des elektromagnetischen Spektrums verschiebt, werden die Töne hier am tiefen Ende des Klangspektrums gezeigt. Je weiter die Galaxie entfernt ist, desto größer ist ihre kosmologische Rotverschiebung (sogar dann, wenn sie blau erscheint), und umso tiefer ist der abgespielte Ton.

Im Schnitt sind Galaxien im HUDF etwa 10,6 Milliarden Lichtjahre entfernt. Sie klingen dann wie ein F#. Findet ihr die am weitesten entfernte Galaxie?

Hinweis: Nicht alle Browser können die Vertonung abspielen.

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Fernes Licht brechen

Dieses Bild wurde mit dem Visible MultiObject Spectrograph (VIMOS) aufgenommen, der am Very Large Telescope (VLT) Array in Chile eingesetzt wurde.

Bildcredit und Bildrechte: VIMOS, VLT, ESO

Beschreibung: Im fernen Universum scheint die Zeit langsam zu vergehen. Da zeitdilatiertes Licht zum roten Ende des Spektrums verschoben (rotverschoben) erscheint, können Astronominnen und Astronomen mithilfe der kosmologischen Verlangsamung der Zeit gewaltige Entfernungen im Universum vermessen.

Hier sieht man, wie das Licht von fernen Galaxien in seine Farbbestandteile (Spektren) aufgebrochen wurde. Das erlaubt Forschenden, die kosmologische Rotverschiebung bekannter Spektrallinien zu vermessen. Die Neuheit dieses Bildes besteht darin, dass die Entfernung zu Hunderten Galaxien mit einem einzigen Bild vermessen werden kann. In diesem Fall wurde das Bild mit dem Visible MultiObject Spectrograph (VIMOS) aufgenommen, der am Very Large Telescope (VLT) Array in Chile eingesetzt wurde.

Die Analyse der Verteilung ferner Objekte im Raum bietet Einblicke, wann und wie im frühen Universum Sterne und Galaxien entstanden sind, wie sie Haufen gebildet und sich entwickelt haben.

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