Eine der Schüsseln des Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) in der Nähe von Pune, Maharashtra, Indien. Kredit: Nationales Zentrum für Radioastrophysik
Die Sondierung von Galaxien in viel größerer Entfernung von der Erde könnte jetzt in Reichweite sein.
Wie entstehen Sterne in fernen Galaxien? Astronomen versuchen seit langem, diese Frage zu beantworten, indem sie Radiosignale nachweisen, die von nahen Galaxien ausgesandt werden. Diese Signale werden jedoch schwächer, je weiter eine Galaxie von der Erde entfernt ist, was es für aktuelle Radioteleskope schwierig macht, sie zu erfassen.
Jetzt haben Forscher aus Montreal und Indien ein Radiosignal von der bisher am weitesten entfernten Galaxie bei einer bestimmten Wellenlänge, der sogenannten 21-cm-Linie, erfasst, wodurch Astronomen einen Blick in die Geheimnisse des frühen Universums werfen können. Mit Hilfe des Giant Metrewave Radio Telescope in Indien ist dies das erste Mal, dass diese Art von Funksignalen in einer so großen Entfernung nachgewiesen wurde.
Abbildung zeigt die Detektion des Signals einer fernen Galaxie. Bildnachweis: Swadha Pardesi
„Eine Galaxie sendet verschiedene Arten von Funksignalen aus. Bisher war es nur möglich, dieses spezielle Signal von einer Galaxie in der Nähe zu erfassen, was unser Wissen auf die Galaxien näher an der Erde beschränkt“, sagt Arnab Chakraborty, Postdoktorand an der McGill University unter der Leitung von Professor Matt Dobbs.
„Aber dank der Hilfe eines natürlich vorkommenden Phänomens namens Gravitationslinseneffekt können wir ein schwaches Signal aus einer rekordverdächtigen Entfernung erfassen. Dies wird uns helfen, die Zusammensetzung von Galaxien in viel größerer Entfernung von der Erde zu verstehen“, fügt er hinzu.
Ein Blick zurück in die Zeit des frühen Universums
Zum ersten Mal konnten die Forscher das Signal einer fernen Sternentstehungsgalaxie namens SDSSJ0826+5630 nachweisen und ihre Gaszusammensetzung messen. Die Forscher beobachteten, dass die Atommasse des Gasinhalts dieser speziellen Galaxie fast doppelt so groß ist wie die Masse der für uns sichtbaren Sterne.
Bild des Funksignals aus der Galaxie. Bildnachweis: Chakraborty & Roy/NCRA-TIFR/GMRT
Das vom Team entdeckte Signal wurde von dieser Galaxie ausgesandt, als das Universum erst 4,9 Milliarden Jahre alt war, was den Forschern einen Einblick in die Geheimnisse des frühen Universums ermöglichte. „Das entspricht einem Rückblick von 8,8 Milliarden Jahren“, sagt Chakraborty, der Kosmologie am Physikalischen Institut von McGill studiert.
Empfangen des Signals von einer fernen Galaxie
„Gravitationslinsen verstärken das Signal, das von einem entfernten Objekt kommt, um uns zu helfen, in das frühe Universum zu blicken. In diesem speziellen Fall wird das Signal durch die Anwesenheit eines anderen massiven Körpers, einer anderen Galaxie, zwischen dem Ziel und dem Beobachter gebogen. Dies führt effektiv zu einer Vergrößerung des Signals um den Faktor 30, sodass das Teleskop es aufnehmen kann“, sagt Co-Autor Nirupam Roy, außerordentlicher Professor am Department of Physics am Indian Institute of Science.
Laut den Forschern demonstrieren diese Ergebnisse die Machbarkeit, weit entfernte Galaxien in ähnlichen Situationen mit Gravitationslinsen zu beobachten. Es eröffnet auch aufregende neue Möglichkeiten, die kosmische Entwicklung von Sternen und Galaxien mit bestehenden Niederfrequenz-Radioteleskopen zu untersuchen.
Referenz: „Detektion von HI 21 cm-Emission aus einer stark linsenförmigen Galaxie bei z ∼ 1,3“ von Arnab Chakraborty und Nirupam Roy, 23. Dezember 2022, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3696
Das Giant Metrewave Radio Telescope wurde gebaut und wird von NCRA-TIFR betrieben. Die Forschung wurde von der McGill University und dem Indian Institute of Science finanziert.