Ein Team von Astronomen untersucht eine Galaxiengruppe im frühen Universum

Mit dem Hubble-Weltraumteleskop hat ein internationales Astronomenteam unter der Leitung von Forschern des Cosmic Dawn Center in Kopenhagen eine Galaxie untersucht, die vor fast 11 Milliarden Jahren in der Zeit gesehen wurde. Im Gegensatz zu typischen Beobachtungen wurde die Galaxie nicht anhand des Lichts entdeckt, das sie aussendet, sondern anhand des Lichts, das sie absorbiert. Die Galaxie selbst entzieht sich Beobachtungen, hat aber mindestens einen Begleiter in der Nähe. Zusammen bilden diese Galaxien eine frühe Gruppe, die sich später möglicherweise so entwickelt, dass sie der lokalen Gruppe ähnelt, in der wir leben.

Wenn wir Dinge sehen, sehen wir sie, weil sie entweder Licht aussenden – etwa die Sonne oder eine Taschenlampe – oder weil sie das von jemand anderem ausgestrahlte Licht reflektieren – etwa den Mond oder ein Fahrrad.

Auf diese Weise finden wir normalerweise auch Galaxien in der Nähe und in der Ferne. Galaxien emittieren Licht im gesamten elektromagnetischen Spektrum, und verschiedene Teleskope können dann verschiedene Arten von Licht erkennen.

Aber es gibt tatsächlich einen anderen Weg, eine ergänzende Methode, die auf der Fähigkeit einer Galaxie beruht, Licht zu absorbieren.

Galaxien blockieren das Licht

Befindet sich eine Galaxie entlang der Sichtlinie zu einer weiter entfernten, hellen Lichtquelle, absorbiert die Galaxie einen Teil des Lichts der Hintergrundquelle. Diese Absorption wird durch die Gas- und Staubpartikel verursacht, die zwischen den Sternen der Galaxie liegen. Allerdings absorbieren die Partikel nicht bei allen Wellenlängen gleich gut, sondern neigen dazu, Licht bei bestimmten Wellenlängen zu absorbieren.

Wenn wir dann ein Spektrum – also eine Beobachtung, die zeigt, wie viel Licht wir bei jeder Wellenlänge sehen – des Hintergrund-„Leuchtturms“ aufnehmen, sehen wir deutliche Absorptions-„Löcher“ im Spektrum, was darauf hindeutet, dass etwas das Licht blockiert.

Abhängig von den genauen Wellenlängen, bei denen wir die „Löcher“ sehen, sowie davon, wie viel Licht genau fehlt, können wir dann verschiedene physikalische Eigenschaften der Vordergrundgalaxie ableiten.

Die helle Hintergrundquelle kann im Prinzip eine andere Galaxie oder manchmal ein explodierender Stern sein, häufiger handelt es sich jedoch um einen Quasar; der extrem leuchtende Kern einer Galaxie, in dessen Umgebung ein supermassereiches Schwarzes Loch frisst.

Ein Glühwürmchen vor einem Stadionprojektor

Das absorbierte Licht verrät einige der physikalischen Eigenschaften einer Galaxie, aber nicht alles. Wenn wir mehr darüber wissen wollen, können wir versuchen, nach Licht zu suchen, das aus derselben Region am Himmel emittiert wird.

Das Problem? Es ist genau oder fast genau vor dem hellen Quasar platziert. Es ist fast so, als würde man versuchen, ein Glühwürmchen vor einem Stadionprojektor zu beobachten.

Dennoch stellt sich Johan Fynbo, Astronomieprofessor am Cosmic Dawn Center in Kopenhagen, dieser Herausforderung gerne selbst.

„Um absorbierende Galaxien zu finden, suchen wir zunächst nach Quasaren, die besonders rot sind“, erklärt Fynbo. „Da Sternenstaub dazu neigt, das blaue Licht zu absorbieren, aber nicht das rote, wird der Quasar gerötet, wenn sich im Vordergrund eine staubige Galaxie befindet.“

Dieser Ansatz hat Fynbo und seine Mitarbeiter dazu veranlasst, mehrere solcher Absorber zu entdecken. Der nächste und schwierigste Schritt besteht darin, sorgfältig nach dem von der Galaxie emittierten Licht zu suchen, das die Absorption verursacht.

Ein Doppelgänger unserer lokalen Galaxiengruppe?

Zuletzt machte sich das Team auf die Suche nach Licht von einem bestimmten Absorber, der vor fast 11 Milliarden Jahren gesehen wurde, und wählte es aus, weil es eine beträchtliche Rötung eines Hintergrundquasars verursacht. Das Besondere an diesem Absorber ist, dass er deutlich mehr Licht absorbiert als die meisten anderen; ein Zeichen dafür, dass es sich um eine ziemlich reife Galaxie handelt, die möglicherweise der Milchstraße ähnelt. Der Artikel wurde zur Veröffentlichung in der Zeitschrift angenommen Astronomie und Astrophysik und ist derzeit auf der verfügbar arXiv Preprint-Server.

„Die Merkmale, die wir im fehlenden Licht gefunden haben, verraten uns etwas über den Staub in der Vordergrundgalaxie“, sagt Lise Christensen, außerordentliche Professorin am Cosmic Dawn Center, die ebenfalls an der Studie beteiligt war. „Tatsächlich scheint der Staub dem Staub zu ähneln, den wir lokal in der Milchstraße und einer unserer Nachbargalaxien sehen.“

Leider konnte das Team trotz aller Bemühungen kein leuchtendes Gegenstück zum Absorber entdecken. Höchstwahrscheinlich befindet er sich fast genau vor dem Quasar. Andererseits entdeckten sie in der Nähe eine weitere Galaxie – eine Galaxie, die offenbar stark sternbildend ist. Und es könnte noch mehr geben.

Die Galaxien liegen so nah beieinander, dass sie durch die Schwerkraft gebunden sind und nicht durch die Expansion des Universums auseinandergezogen werden. Das bedeutet, dass sie in Zukunft eine „Galaxiengruppe“ bilden werden, ähnlich unserer Lokalen Gruppe, die aus der Milchstraße, Andromeda und einer Vielzahl kleinerer Satellitengalaxien besteht.

„Das macht es noch interessanter, die Galaxien zu untersuchen“, sagt Fynbo, der das Feld in Zukunft mit dem Nordic Optical Telescope auf La Palma und anderen Teleskopen erneut erkunden will – beide mit dem Ziel, nach anderen Mitgliedern der Gruppe zu suchen um hoffentlich die Galaxie zu enthüllen, die zur Absorption geführt hat.