Gravitationslinse macht Galaxie im jungen Kosmos sichtbar

Baltimore (USA) – Ein Trick erlaubt Astronomen den Blick in eine frühe Epoche des Universums: Mit seiner Schwerkraft vergrößert ein naher Galaxienhaufen eine weit entfernte Galaxie um das 15-fache – ausreichend, um Rückschlüsse auf die Sternentstehung in dieser kosmischen Ära zu erlauben. Insgesamt zwölf Galaxienhaufen hat ein internationales Forscherteam mit dem Weltraumteleskop Hubble auf der Suche nach einer solchen Galaxie im jungen Kosmos abgesucht. Das so gefundene Sternsystem sei bereits etwa 300 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden, schreiben die Astronomen im Fachblatt „Nature“. Ähnliche Galaxien könnten für die sogenannte Reionisation im jungen Kosmos verantwortlich sein.

Der Galaxienhaufen MACS J1149+2223 wirkt als Gravitationslinse.

„Solche jungen Galaxien in einer Zeit von weniger als 500 Millionen Jahren nach dem Urknall sind weitgehend unerforscht, da sie jenseits der Empfindlichkeitsgrenze der existierenden großen Teleskope liegen“, schreiben Wei Zheng von der Johns Hopkins University in Baltimore und seine Kollegen. „Doch eine Kenntnis der Eigenschaften dieser Galaxien ist wichtig, um die Quelle der Strahlung zu identifizieren, die das intergalaktische Gas reionisiert hat.“ Die Reionisation fand in der Zeit zwischen 500 Millionen bis einer Milliarde Jahren nach dem Urknall statt. Von Reionisation sprechen die Astrophysiker, weil die Materie im Universum nach dem heißen Urknall zunächst auch ionisiert war. Rund 400.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich das Weltall so weit abgekühlt, dass Elektronen und Protonen sich zu neutralem Wasserstoff vereinigen konnten. Die Strahlung der ersten Sterne führte dann zu einer erneuten Ionisation – aber das Wie und Wann dieses Vorgangs liegt noch im sprichwörtlichen Dunkeln.

Die Idee von Zheng und seinen Kollegen war, eine Gravitationslinse zu nutzen, um einen Einblick in dieses Dunkel zu erhalten. Das Gravitationsfeld eines Galaxienhaufens krümmt die durchlaufenden Lichtstrahlen weiter entfernter Sternsysteme und wirkt deshalb wie ein Vergrößerungsglas, wie eine Linse. Dabei können enorme Vergrößerungen auftreten und so Galaxien sichtbar machen, die ohne Gravitationslinse nicht mehr zu erkennen sind. Bei ihrer Suche mit der Infrarotkamera des Hubble-Teleskops stießen die Wissenschaftler im Galaxienhaufen MACS J1149+2223 auf ein verdächtiges Objekt.

Weitere Beobachtungen mit dem Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer bestätigten den Verdacht von Zheng und seinen Kollegen: Der schwache Lichtklecks ist eine 13,2 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie – wir sehen sie also zu einer Zeit von 500 Millionen Jahren nach dem Urknall, der vor 13,7 Milliarden Jahren stattfand. Die Beobachtungen mit Spitzer zeigen außerdem, dass das System bereits einen signifikanten Anteil an alten Sternen enthält. Daraus schätzen die Forscher ab, dass die Galaxie bereits 200 Millionen Jahre früher entstanden sein muss.

„Mit Blick auf die kleine Fläche des Himmels, die unsere Beobachtungen abdecken, scheinen solche schwachen Galaxien im jungen Kosmos in großer Zahl vorzukommen“, schreiben Zheng und seine Kollegen weiter. „Das deutet darauf hin, dass diese Galaxien die dominante Quelle für die frühe Reionisation des intergalaktischen Mediums sind.“ Doch weitere Beobachtungen seien notwendig, um die Zahl der Galaxien in dieser kosmischen Epoche genauer zu bestimmen.