Ein neues Instrument zur Untersuchung eines Filamentnetzes, das Galaxien im gesamten Universum verbindet, hat sein erstes Bild aufgenommen, ein Meilenstein, der in der Astronomie als „erstes Licht“ bekannt ist. Der Keck Cosmic Reionization Mapper (KCRM) am WM Keck Observatorium auf dem Maunakea-Gipfel in Hawaii wird detaillierte Karten des Gases um sterbende Sterne und andere kosmische Objekte liefern und das sogenannte kosmische Netz kartieren, das Galaxien verbindet und speist. Das Instrument wurde kürzlich neben seinem Partner, dem Keck Cosmic Web Imager (KCWI), installiert, der 2017 seinen Betrieb aufnahm.
„Ich habe mir dieses Instrument 2007 als zweiarmigen bildgebenden Spektrographen vorgestellt, der auf unserem Palomar Cosmic Web Imager basiert, aber es war ein langer Weg, die Finanzierung zu bekommen, also haben wir das Instrument in zwei Hälften geteilt“, sagt Christopher Martin, der Hauptforscher des Instruments und Professor für Physik am Caltech. „KCWI leistete bereits phänomenale Wissenschaft mit einem auf dem Rücken gefesselten Arm, also geht es jetzt zu den Rennen. Es passt, dass unser First-Light-Bild zwei ‚Arme‘ des Schildkrötennebels zeigt. Ohne das hätten wir es nicht geschafft.“ Arbeit unseres fantastischen Instrumententeams und Unterstützung von Caltech, dem Keck Observatory, der National Science Foundation und einem großzügigen anonymen Spender.“
Das First-Light-Bild zeigt den Schildkrötennebel oder NGC 6210, der aus einem heißen, sterbenden Stern besteht, der seine äußere Materialhülle abgeblasen hat. Auf dem Bild, das Daten von KCRM und KCWI kombiniert, sind zwei stämmige, gasförmige „Arme“ zu sehen, die aus dem Panzer der „Schildkröte“ herausragen, was die Fähigkeit der Instrumente demonstriert, schwaches Gas im Kosmos zu erkennen. „Die Arme konnten problemlos in weniger als einer Minute Beobachtungszeit erfasst werden“, sagt Martin, der auch als Direktor der optischen Observatorien des Caltech fungiert. Obwohl die Arme bereits zuvor gesehen wurden, ist dies das erste Mal, dass ihre spektralen Details vollständig kartiert wurden.
Das Spektralbild, das den größten Teil des optischen Wellenlängenbereichs von KCWI und KCRM von 350 bis 1.000 Nanometern abdeckt, wurde in etwa fünf Minuten aufgenommen. Mehr als 80 einzelne spektrale Emissionslinien vieler Elemente im Periodensystem konnten problemlos nachgewiesen werden.
KCRM vervollständigt das ursprüngliche KCWI-Instrumentenkonzept und produziert einen bildgebenden Spektrographen, der zu den besten der Welt für die Aufnahme von Spektralbildern kosmischer Objekte gehört. Das bedeutet, dass Astronomen jedes Pixel innerhalb eines abgebildeten Objekts über die gesamte Wellenlängenabdeckung des Instruments untersuchen können. Während KCWI Wellenlängen im Bereich von 350 bis 560 Nanometern – also dem blauen Ende des sichtbaren Lichtspektrums – abdeckt, erfasst KCRM gleichzeitig Licht mit Wellenlängen zwischen 560 und 1.080 Nanometern, also dem roten Ende des Spektrums.
Da Licht aus dem Fernuniversum aufgrund der Ausdehnung des Weltraums zu längeren, röteren Wellenlängen gestreckt (verschoben) wird, kann KCRM weiter in die Vergangenheit blicken als KCWI. Dies bedeutet, dass es sich besonders für die Erforschung der Geheimnisse rund um die Zeit nach dem Urknall eignet, als der Kosmos noch ein Kleinkind war und das Licht der ersten Sterne das Universum von Dunkelheit in Licht überführte. Während dieser Periode, die als Epoche der Reionisierung bezeichnet wird (daher der Name von KCRM), begannen sich die ersten Sterne und Galaxien zu bilden, die Strahlung aussendeten, die stark genug war, um den dunklen, dichten Nebel aus kühlem Wasserstoffgas zu durchbrennen, der das Universum erfüllte.
Zusätzlich zur Untersuchung des kosmischen Netzes und der Epoche der Reionisierung können KCWI und KCRM starke Winde beobachten, die aus Galaxien rauschen, Gasstrahlen um junge Sterne, Schwarze Löcher und mehr.
„Wir sind begeistert und stolz, KCRM mit KCWI fusioniert zu haben“, sagt Mateusz Matuszewski, ein leitender Instrumentenwissenschaftler am Caltech. Wir freuen uns auf die spannenden Entdeckungen, die wir und die Beobachtergemeinschaft mit diesem neuen Instrument machen werden. Und wir sind den Ingenieurteams von Caltech, UCO/Lick Observatory und Keck Observatory dankbar, dass sie dieses Instrument Wirklichkeit werden ließen.“