Manchmal gibt es eine zufällige Ausrichtung - weit entfernt im Universum, wo Objekte durch unvorstellbare Entfernungen in Milliarden von Lichtjahren voneinander getrennt sind -, wenn ein Galaxienhaufen im Vordergrund das Licht eines noch weiter entfernten Objekts schneidet. Die Konjunktion spielt visuelle Streiche, bei denen der Galaxienhaufen wie eine Linse wirkt und das entfernte Licht zu vergrößern und zu biegen scheint.
Die seltene kosmische Ausrichtung kann das ferne Universum sichtbar machen. Jetzt sind Astronomen auf eine Überraschung gestoßen: Sie haben die bisher am weitesten entfernte kosmische Lupe entdeckt.
Oben gesehen, wie es vor 9,6 Milliarden Jahren aussah, bricht diese elliptische Monstergalaxie den bisherigen Rekordhalter um 200 Millionen Lichtjahre. Es biegt, verzerrt und vergrößert die entfernte Spiralgalaxie, deren Licht 10,7 Milliarden Jahre gebraucht hat, um die Erde zu erreichen.
"Wenn man vor mehr als 9 Milliarden Jahren in das frühe Universum blickt, erwartet man überhaupt nicht, dass man diese Art von Galaxie-Galaxie-Linsen findet", sagte der leitende Forscher Kim-Vy Tran von der Texas A & M University in einer Hubble-Pressemitteilung.
„Stellen Sie sich vor, Sie halten eine Lupe nahe an sich und bewegen sie dann viel weiter weg. Wenn Sie durch eine auf Armlänge gehaltene Lupe schauen, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass Sie ein vergrößertes Objekt sehen. Wenn Sie jedoch die Lupe durch den Raum bewegen, verringert sich Ihre Wahrscheinlichkeit, dass die Lupe nahezu perfekt auf ein anderes Objekt dahinter ausgerichtet ist. “
Das Team untersuchte die Sternentstehung anhand von Daten, die vom W. M. Keck-Observatorium in Hawaii gesammelt wurden, als sie auf einen starken Nachweis von heißem Wasserstoffgas stießen, das aus einer massiven, hellen elliptischen Galaxie zu entstehen schien. Es kam dem Team seltsam vor. Heißer Wasserstoff ist ein deutliches Zeichen für die Geburt eines Sterns, wurde jedoch in einer Galaxie entdeckt, die viel zu alt aussah, um neue Sterne zu bilden.
"Ich war sehr überrascht und besorgt", erinnerte sich Tran. "Ich dachte, wir hätten mit unseren Beobachtungen einen großen Fehler gemacht."
Also kramte Tran in archivierten Hubble-Bildern, die ein verschmiertes, blaues Objekt neben dem größeren Ellipsentrainer enthüllten. Es war die klare Signatur einer Gravitationslinse.
"Wir haben festgestellt, dass Licht aus der Linsengalaxie und der Hintergrundgalaxie in die bodengestützten Daten eingemischt wurde, was uns verwirrte", sagte die Mitautorin Ivelina Momcheva von der Yale University. „Die spektroskopischen Daten von Keck deuteten darauf hin, dass hier etwas Interessantes vor sich ging, aber nur mit Hubbles hochauflösender Spektroskopie konnten wir die Linsengalaxie von der weiter entfernten Hintergrundgalaxie trennen und feststellen, dass sich die beiden in unterschiedlichen Entfernungen befanden. Die Hubble-Daten zeigten auch das verräterische Aussehen des Systems mit der Vordergrundlinse in der Mitte, flankiert von einem hellen Bogen auf der einen Seite und einem schwachen Fleck auf der anderen Seite - beides verzerrte Bilder der Hintergrundgalaxie. Wir brauchten die Kombination aus Bildgebung und Spektroskopie, um das Rätsel zu lösen. “
Durch Messung der Intensität des Lichts der Hintergrundgalaxie konnte das Team die Gesamtmasse der Riesengalaxie messen. Alles in allem wiegt es 180 Milliarden Mal mehr als unsere Sonne. Obwohl dies groß erscheinen mag, wiegt es tatsächlich viermal weniger als die Milchstraße.
"Es gibt Hunderte von Linsengalaxien, die wir kennen, aber fast alle sind kosmisch gesehen relativ nahe", sagte der Hauptautor Kenneth Wong vom Academia Sinica Institut für Astronomie und Astrophysik. „Eine Linse so weit entfernt wie diese zu finden, ist eine ganz besondere Entdeckung, denn wir können etwas über den Gehalt an dunkler Materie von Galaxien in der fernen Vergangenheit lernen. Wenn wir unsere Analyse dieser Linsengalaxie mit den näheren Linsen vergleichen, können wir verstehen, wie sich dieser Gehalt an dunkler Materie im Laufe der Zeit entwickelt hat. “
Interessanterweise ist die Linsengalaxie hinsichtlich ihres Gehalts an dunkler Materie untergewichtig. In der Vergangenheit haben Astronomen angenommen, dass sich dunkle Materie und normale Materie in einer Galaxie im Laufe der Zeit gleichermaßen aufbauen. Aber diese Galaxie legt nahe, dass dies nicht der Fall ist.
Die Ergebnisse des Teams wurden in der 10. Juli-Ausgabe der Astrophysical Journal Letters veröffentlicht und sind online verfügbar.
