Ein internationales Team von Astronomen, darunter Forscher des Zentrums für Astrophysik | Harvard & Smithsonian, hat das am weitesten entfernte astronomische Objekt aller Zeiten entdeckt: eine Galaxie.
Der Galaxienkandidat mit dem Namen HD1 ist etwa 13,5 Milliarden Lichtjahre entfernt und wird am Donnerstag in der beschrieben Astrophysikalische Zeitschrift. In einem Begleitpapier, erschienen im Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society Letters, Wissenschaftler haben begonnen, genau zu spekulieren, was die Galaxie ist.
Das Team schlägt zwei Ideen vor: HD1 bildet möglicherweise mit erstaunlicher Geschwindigkeit Sterne und beherbergt möglicherweise sogar Sterne der Population III, die allerersten Sterne des Universums, die bisher noch nie beobachtet wurden. Alternativ könnte HD1 ein supermassereiches Schwarzes Loch enthalten, das etwa 100 Millionen Mal die Masse unserer Sonne hat.
„Die Beantwortung von Fragen über die Natur einer so weit entfernten Quelle kann eine Herausforderung sein“, sagt Fabio Pacucci, Hauptautor des MNRAS Studie, Co-Autor in der Entdeckungsarbeit auf ApJ, und ein Astronom am Zentrum für Astrophysik. „Es ist, als würde man die Nationalität eines Schiffes anhand der Flagge erraten, die es führt, während es sich weit entfernt an Land befindet und sich das Schiff mitten in einem Sturm und dichtem Nebel befindet. Man kann vielleicht einige Farben und Formen der Flagge sehen, aber nicht vollständig . Es ist letztlich ein langes Spiel der Analyse und des Ausschlusses unglaubwürdiger Szenarien.“
HD1 ist extrem hell im ultravioletten Licht. Um dies zu erklären, „laufen dort einige energetische Prozesse ab oder, noch besser, fanden vor einigen Milliarden Jahren statt“, sagt Pacucci.
Zunächst gingen die Forscher davon aus, dass HD1 eine Standard-Starburst-Galaxie sei, eine Galaxie, die mit hoher Geschwindigkeit Sterne erzeugt. Aber nachdem sie berechnet hatten, wie viele Sterne HD1 produzierte, erhielten sie „eine unglaubliche Rate – HD1 würde jedes Jahr mehr als 100 Sterne bilden. Das ist mindestens zehnmal höher als das, was wir für diese Galaxien erwarten.“
Zu diesem Zeitpunkt begann das Team zu vermuten, dass HD1 möglicherweise keine normalen, alltäglichen Sterne bildet.
„Die allererste Sternenpopulation, die sich im Universum gebildet hat, war massereicher, leuchtender und heißer als moderne Sterne“, sagt Pacucci. „Wenn wir davon ausgehen, dass die in HD1 produzierten Sterne diese ersten oder Sterne der Population III sind, dann könnten ihre Eigenschaften leichter erklärt werden. Tatsächlich sind Sterne der Population III in der Lage, mehr UV-Licht zu produzieren als normale Sterne, was das Extrem verdeutlichen könnte ultraviolette Leuchtkraft von HD1.“
Ein supermassereiches Schwarzes Loch könnte aber auch die extreme Leuchtkraft von HD1 erklären. Da es enorme Mengen an Gas verschlingt, können hochenergetische Photonen von der Region um das Schwarze Loch emittiert werden.
Wenn das der Fall ist, wäre es bei weitem das früheste der Menschheit bekannte supermassereiche Schwarze Loch, das im Vergleich zum aktuellen Rekordhalter zeitlich viel näher am Urknall beobachtet wurde.
„HD1 würde ein riesiges Baby im Kreißsaal des frühen Universums darstellen“, sagt Avi Loeb, Astronom am Center for Astrophysics und Co-Autor des MNRAS lernen. „Es bricht die höchste jemals gemessene Quasar-Rotverschiebung um fast den Faktor zwei, eine bemerkenswerte Leistung.“
HD1 wurde nach mehr als 1.200 Stunden Beobachtungszeit mit dem Subaru-Teleskop, dem VISTA-Teleskop, dem britischen Infrarotteleskop und dem Spitzer-Weltraumteleskop entdeckt.
„Es war sehr harte Arbeit, HD1 unter mehr als 700.000 Objekten zu finden“, sagt Yuichi Harikane, ein Astronom an der Universität Tokio, der die Galaxie entdeckt hat. „Die rote Farbe von HD1 passte überraschend gut zu den erwarteten Eigenschaften einer 13,5 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie, was bei mir ein bisschen Gänsehaut verursachte, als ich sie fand.“
Das Team führte dann Folgebeobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) durch, um die Entfernung zu bestätigen, die 100 Millionen Lichtjahre weiter ist als GN-z11, der aktuelle Rekordhalter für die am weitesten entfernte Galaxie.
Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop wird das Forschungsteam HD1 in Kürze erneut beobachten, um seine Entfernung von der Erde zu überprüfen. Wenn sich aktuelle Berechnungen als richtig erweisen, wird HD1 die entfernteste – und älteste – Galaxie sein, die jemals aufgezeichnet wurde.
Dieselben Beobachtungen werden es dem Team ermöglichen, tiefer in die Identität von HD1 einzudringen und zu bestätigen, ob eine ihrer Theorien richtig ist.
„Ein paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall muss ein Schwarzes Loch in HD1 mit beispielloser Geschwindigkeit aus einem massiven Samen gewachsen sein“, sagt Loeb. „Wieder einmal scheint die Natur fantasievoller zu sein als wir.“
Eine Suche nach H-Dropout-Lyman-Bruch-Galaxien bei z~12-16, arXiv:2112.09141 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2112.09141 Zur Veröffentlichung angenommen in MNRAS-Briefe.
Sind die neu entdeckten Drop-out-Quellen z∼13 Starburst-Galaxien oder Quasare?, arXiv:2201.00823 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2201.00823 Akzeptiert zur Veröffentlichung in ApJ.