Diese künstlerische Darstellung zeigt NGP-190387, eine sternenbildende, staubige Galaxie, die so weit entfernt ist, dass ihr Licht über 12 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. ALMA-Beobachtungen haben das Vorhandensein von Fluor in den Gaswolken von NGP-190387 gezeigt. Bis heute ist dies die am weitesten entfernte Entdeckung des Elements in einer sternbildenden Galaxie, die wir nur 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall sehen – etwa 10 % des aktuellen Alters des Universums. Die Entdeckung wirft ein neues Licht darauf, wie Sterne Fluor schmieden, was darauf hindeutet, dass kurzlebige Sterne, die als Wolf-Rayet bekannt sind, ihr wahrscheinlichster Geburtsort sind. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser
Eine neue Entdeckung gibt Aufschluss darüber, wie Fluor – ein Element, das als Fluorid in unseren Knochen und Zähnen vorkommt – im Universum geschmiedet wird. Verwenden des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Arrays (ALMA), in dem die Europäische Südsternwarte (ESO) ein Partner ist, hat ein Team von Astronomen dieses Element in einer Galaxie entdeckt, die so weit entfernt ist, dass ihr Licht über 12 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. Dies ist das erste Mal, dass Fluor in einer so weit entfernten Sternentstehungsgalaxie gesichtet wurde.
„Wir alle kennen Fluor, weil die Zahnpasta, die wir täglich verwenden, es in Form von Fluorid enthält“, sagt Maximilien Franco von der University of Hertfordshire in Großbritannien, der die neue Studie leitete, die heute (4. November 2021) veröffentlicht wurde Naturastronomie. Wie die meisten Elemente um uns herum entsteht Fluor im Inneren von Sternen, aber bis jetzt wussten wir nicht genau, wie dieses Element hergestellt wurde. „Wir wussten nicht einmal, welche Art von Sternen den größten Teil des Fluors im Universum produziert!“
Ein neuer Befund, der mit dem ALMA-Observatorium, an dem die ESO beteiligt ist, gemacht wurde, gibt Aufschluss darüber, wie Fluor im Universum geschmiedet wird. Erfahren Sie in dieser Videozusammenfassung mehr über diese Entdeckung und wie sie mit unserer Zahnhygiene zusammenhängt. Bildnachweis: ESO
Franco und seine Mitarbeiter entdeckten Fluor (in Form von Fluorwasserstoff) in den großen Gaswolken der fernen Galaxie NGP-190387, die wir sehen, als das Universum nur 1,4 Milliarden Jahre alt war, etwa 10 % seines aktuellen Zustands Alter. Da Sterne die Elemente, die sie in ihren Kernen bilden, ausstoßen, wenn sie das Ende ihres Lebens erreichen, bedeutet dieser Nachweis, dass die Sterne, die Fluor erzeugten, schnell gelebt und gestorben sein müssen.
Das Team glaubt, dass Wolf-Rayet-Sterne, sehr massereiche Sterne, die nur wenige Millionen Jahre alt sind, ein Wimpernschlag in der Geschichte des Universums sind, die wahrscheinlichsten Produktionsstätten von Fluor sind. Sie werden benötigt, um die Mengen an Fluorwasserstoff zu erklären, die das Team entdeckt hat, sagen sie. Wolf-Rayet-Sterne wurden bereits als mögliche Quellen für kosmisches Fluor vorgeschlagen, aber Astronomen wussten bis jetzt nicht, wie wichtig sie für die Herstellung dieses Elements im frühen Universum waren.
Diese künstlerische Darstellung zeigt den hellen Kern eines Wolf-Rayet-Sterns, umgeben von einem Materienebel, der vom Stern selbst ausgestoßen wurde. Wolf-Rayet-Sterne sind heiß und massiv mit einer Lebensdauer von einigen Millionen Jahren. Es wird angenommen, dass sie in dramatischen Supernova-Explosionen enden, die die in ihren Kernen geschmiedeten Elemente in den Kosmos schleudern. Bildnachweis: ESO/L. Calçada
„Wir haben gezeigt, dass Wolf-Rayet-Sterne, die zu den massereichsten bekannten Sternen gehören und am Ende ihres Lebens heftig explodieren können, uns in gewisser Weise helfen, eine gute Zahngesundheit zu erhalten!“ scherzt Franco.
Neben diesen Sternen wurden in der Vergangenheit andere Szenarien für die Herstellung und Ausscheidung von Fluor vorgeschlagen. Ein Beispiel sind Pulsationen von riesigen, entwickelten Sternen mit Massen, die bis zum wenigen Mal größer sind als die unserer Sonne, die als asymptotische Riesenzweigsterne bezeichnet werden. Das Team glaubt jedoch, dass diese Szenarien, von denen einige Milliarden von Jahren brauchen, die Menge an Fluor in NGP-190387 möglicherweise nicht vollständig erklären.
Diese Animation nimmt uns mit auf eine Reise zu einem der Wolf-Rayet-Sterne in NGP-190387, einer Galaxie, die so weit entfernt ist, dass ihr Licht über 12 Milliarden Jahre brauchte, um uns zu erreichen. Die Bilder zu Beginn des Videos sind echte astronomische Beobachtungen, während die Galaxie und ihr Wolf-Rayet-Stern (zu weit entfernt, um klar abgebildet zu werden) durch Künstleranimationen dargestellt werden. Wolf-Rayet-Sterne sind heiß und massereich, haben eine Lebensdauer von einigen Millionen Jahren und sollen in dramatischen Supernova-Explosionen enden. Jüngste ALMA-Beobachtungen haben Fluor in den Gaswolken von NGP-190387 entdeckt, was es zum am weitesten entfernten Nachweis dieses Elements in einer sternbildenden Galaxie macht. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass kurzlebige Wolf-Rayet-Sterne den größten Teil des Fluors in Galaxien bilden könnten. Bildnachweis: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser/Digitalized Sky Survey 2/N. Risinger (skysurvey.org)
„Für diese Galaxie brauchte es nur Dutzende oder Hunderte von Millionen Jahren, um einen Fluorgehalt zu erreichen, der mit dem vergleichbar ist, der in Sternen in der Milchstraße, das 13,5 Milliarden Jahre alt ist. Das war ein völlig unerwartetes Ergebnis“, sagt Chiaki Kobayashi, Professor an der University of Hertfordshire. „Unsere Messung fügt eine völlig neue Einschränkung der Herkunft von Fluor hinzu, die seit zwei Jahrzehnten untersucht wird.“
Dieses Weitfeld-Bild des Himmelsbereichs mit sichtbarem Licht, in dem sich die entfernte Galaxie NGP-190387 befindet, wurde aus Bildern des Digitized Sky Survey 2 erstellt. Die Galaxie, die sich so weit entfernt befindet, brauchte über 12 Milliarden Jahre, um uns erreichen, liegt nahe der Bildmitte. Obwohl es auf diesem Bild nicht zu sehen ist, sind in dieser Weitfeldansicht viele andere, viel nähere Galaxien zu sehen. Bildnachweis: ESO/Digitalized Sky Survey 2, Bestätigung: Davide De Martin
Die Entdeckung in NGP-190387 ist eine der ersten Entdeckungen von Fluor jenseits der Milchstraße und ihrer Nachbargalaxien. Astronomen haben dieses Element zuvor in entfernten Quasaren entdeckt, hellen Objekten, die von supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum einiger Galaxien angetrieben werden. Aber noch nie zuvor in der Geschichte des Universums war dieses Element in einer sternbildenden Galaxie beobachtet worden.
Der Nachweis von Fluor durch das Team war eine zufällige Entdeckung, die dank der Nutzung von Weltraum- und bodengestützten Observatorien möglich wurde. NGP-190387, ursprünglich mit dem Herschel-Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation ESA entdeckt und später mit der in Chile ansässigen ALMA beobachtet, ist für seine Entfernung außergewöhnlich hell. Die ALMA-Daten bestätigten, dass die außergewöhnliche Leuchtkraft von NGP-190387 teilweise durch eine andere bekannte massereiche Galaxie verursacht wurde, die sich zwischen NGP-190387 und der Erde befindet, ganz in der Nähe der Sichtlinie. Diese massereiche Galaxie verstärkte das von Franco und seinen Mitarbeitern beobachtete Licht und ermöglichte es ihnen, die schwache Strahlung zu erkennen, die vor Milliarden von Jahren vom Fluor in NGP-190387 emittiert wurde.
Die Animation dieses Künstlers zeigt NGP-190387, eine sternenbildende, staubige Galaxie, die so weit entfernt ist, dass ihr Licht über 12 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. ALMA-Beobachtungen haben das Vorhandensein von Fluor in den Gaswolken von NGP-190387 gezeigt. Bis heute ist dies der am weitesten entfernte Nachweis des Elements in einer Sternentstehungsgalaxie, die wir nur 1,4 Milliarden Jahre nach der Urknall — etwa 10 % des gegenwärtigen Alters des Universums. Die Entdeckung wirft ein neues Licht darauf, wie Sterne Fluor schmieden, was darauf hindeutet, dass kurzlebige Sterne, die als Wolf-Rayet bekannt sind, den größten Teil des Fluors in Galaxien bilden könnten. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser
Zukünftige Studien von NGP-190387 mit dem Extremely Large Telescope (ELT) – dem neuen Vorzeigeprojekt der ESO, das in Chile im Bau ist und noch in diesem Jahrzehnt in Betrieb gehen soll – könnten weitere Geheimnisse dieser Galaxie enthüllen. „ALMA reagiert empfindlich auf Strahlung von kaltem interstellaren Gas und Staub“, sagt Chentao Yang, ESO-Fellow in Chile. „Mit dem ELT werden wir NGP-190387 durch das direkte Licht von Sternen beobachten und so wichtige Informationen über den stellaren Inhalt dieser Galaxie gewinnen.“
Referenz: „The Ramp-up of Interstellar Medium Enrichment at z > 4“ 4. November 2021, Naturastronomie.
DOI: 10.1038/s41550-021-01515-9
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Das Team besteht aus M. Franco (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, UK [CAR]), KEK Coppin (CAR), JE Geach (CAR), C. Kobayashi (CAR), SC Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Kanada und National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Kanada), C. Yang (European Southern Observatory, Chile), E. González-Alfonso (Universidad de Alcalá, Departamento de Física y Matematicas, Spanien), JS Spilker (Department of Astronomy, University of Texas at Austin, USA), A. Cooray (Department of Physik und Astronomie, University of California, Irvine, USA), MJ Michalowski (Astronomical Observatory Institute, Fakultät für Physik, Polen)
Die Europäische Südsternwarte (ESO) ermöglicht es Wissenschaftlern weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Wohle aller zu entdecken. Wir konzipieren, bauen und betreiben Weltklasse-Observatorien am Boden – mit denen Astronomen spannende Fragen angehen und die Faszination der Astronomie verbreiten – und fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet, wird die ESO heute von 16 Mitgliedstaaten unterstützt (Österreich, Belgien, Tschechische Republik, Dänemark, Frankreich, Finnland, Deutschland, Irland, Italien, Niederlande, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, Schweiz, und Großbritannien), zusammen mit dem Gaststaat Chile und mit Australien als strategischem Partner. Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Beobachtung des Himmels, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf Paranal betreibt die ESO die Sehr großes Teleskop und sein Very Large Telescope Interferometer, sowie zwei Durchmusterungsteleskope, VISTA im Infrarotbereich und das VLT-Durchmusterungsteleskop für sichtbares Licht. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South, das weltweit größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium, beherbergen und betreiben. Gemeinsam mit internationalen Partnern betreibt die ESO APEX und ALMA auf Chajnantor, zwei Einrichtungen, die den Himmel im Millimeter- und Submillimeterbereich beobachten. Am Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt in den Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und engagieren uns mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft.
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), eine internationale Astronomieeinrichtung, ist eine Partnerschaft der ESO, der US National Science Foundation (NSF) und der National Institutes of Natural Sciences (NINS) Japans in Kooperation mit der Republik Chile. ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem National Research Council of Canada (NRC) und dem Ministerium für Wissenschaft und Technologie (MOST) und von NINS in Zusammenarbeit mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan finanziert und das Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Bau und Betrieb von ALMA werden von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten geleitet; vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), verwaltet von Associated Universities, Inc. (AUI), im Auftrag von Nordamerika; und vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) im Auftrag Ostasiens. Das Joint ALMA Observatory (JAO) sorgt für die einheitliche Leitung und Verwaltung des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs von ALMA.
Die University of Hertfordshire bringt allen die transformative Wirkung der Hochschulbildung näher. Seine Studenten, Mitarbeiter und Unternehmen schöpfen ständig ihr volles Potenzial aus. Durch qualitativ hochwertige Lehre, 550 Studiengänge, hochmoderne Forschungsprojekte und leistungsstarke Unternehmenspartnerschaften denken sie größer, heben sich ab und wirken sich positiv auf lokale, nationale und internationale Gemeinschaften aus.