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Wissenschaftler entdecken "Dunkelgalaxie", die die Geheimnisse des Universums enthüllen könnte
Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, die Merkmale eines extrem weit entfernten Himmelskörpers zu identifizieren – einer mysteriösen Galaxie, die sich selbst vor den ausgefeiltesten Instrumenten wie dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA verbirgt.
Galaxien gibt es in vielen verschiedenen Formen und Größen, aber die grundlegenden Bestandteile scheinen ziemlich einheitlich zu sein. In der Regel gibt es ein großes schwarzes Loch im Zentrum, einen Haufen Sterne und Gas und eine großzügige Portion dunkler Materie, die das Ganze zusammenhält. Während die dunkle Materie, nun ja, dunkel ist, stechen die Sterne, das Gas und der wirbelnde Kern aus erhitztem Material mit der strahlenden Schönheit einer Stadt in der Nacht hervor. Eine nun neu entdeckte Zwerggalaxie in einer Entfernung von "nur" 94 Millionen Lichtjahren widersetzt sich jedoch diesen Erwartungen. Sie trägt den Namen FAST J0139+4328 und strahlt kein optisches Licht aus. Tatsächlich strahlt sie kaum Licht aus.
FAST J0139+4328 scheint eine sogenannte Dunkelgalaxie zu sein. Abgesehen von einer kleinen Anzahl von Sternen besteht sie also fast vollständig aus dunkler Materie. Dies fand ein Forscherteam unter der Leitung der Astrophysik-Doktorandin Marika Giulietti von der italienischen Firschungseinrichtung Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Sissa) in Triest mithilfe des ALMA-Interferometers in der Atacama-Wüste im Norden Chiles heraus. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.
Die Wissenschaftler selbst beschreiben die Galaxie als "mysteriöses und sehr weit entferntes Objekt", das "so dunkel ist, dass es selbst für hoch entwickelte Instrumente fast unsichtbar ist". Entstanden sein soll FAST J0139+4328 demnach nur 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall, der nach Schätzungen der Wissenschaftler vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattfand. Um die neuentdeckte Galaxie besser zu verstehen, griff das Team auf eine Technik zurück, die als Gravitationslinsenverfahren bekannt ist. Dabei handelt es sich um eine der ergiebigsten Methoden zur Untersuchung der Verteilung dunkler Materie, der Entwicklung von Galaxien und anderer Aspekte der Kosmologie und Astrophysik.
Das Prinzip dahinter ist einfach: Die Allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass näher gelegene Objekte im Weltraum eine große Masse aufweisen, die das Licht von weit entfernten Quellen, die ideal auf sie ausgerichtet sind, verzerrt. Auf diese Weise wirken große Himmelskörper wie eine Art riesige kosmische Linse, die die "Hintergrund"-Galaxien größer und heller erscheinen lässt, sodass sie identifiziert und untersucht werden können. Bislang wurden auf diese Weise etwa einhundert Galaxien entdeckt, aber es könnten noch viel mehr sein. Bei einer dieser Untersuchungen, wird Giulietti in einer Pressemitteilung von Sissa zitiert, wurde das Hauptobjekt der vorliegenden Studie bestimmt.
"Dies ist ein ganz besonderer Himmelskörper. Er ist sehr hell und unterliegt möglicherweise der Linsenwirkung, die jedoch nur bei bestimmten Wellenlängen auftritt, was wahrscheinlich auf das Vorhandensein großer Mengen von interstellarem Staub zurückzuführen ist. Seine Erforschung ist daher sehr komplex", so Giulietti. Erste Hinweise zu der fernen Galaxie, die offenbar reich an Gas und Staub ist, erhielten die Wissenschaftler um Giulietti nach Auswertung der vom ALMA-Interferometer gesammelten Daten. "Unsere Analyse hat gezeigt, dass dieses Objekt sehr kompakt ist, vermutlich jung und mit extrem hoher Sternentstehungsrate", erklärte die Wissenschaftlerin.
Für die Forscher war die Galaxie aus einer Vielzahl von Gründen unglaublich schwer zu finden. Zum einen ist FAST J0139+4328 sehr kompakt und daher schwer zu beobachten. "Außerdem empfangen wir aufgrund der großen Entfernung nur sehr schwaches Licht von ihr", erklärte Giuletti. "Die Ursache für diese Verdunkelung ist das massive Vorhandensein von interstellarem Staub, der das sichtbare Licht junger Sterne abfängt, sodass es mit optischen Instrumenten schwer zu erkennen ist, und es bei größeren Wellenlängen wieder aussendet, wo es nur mit leistungsstarken Interferometern im Sub-Millimeter- und Radiowellenbereich beobachtet werden kann."
Daher untersuchte das Forscherteam um Giuletti das Objekt mit Hilfe spezieller Codes, die es ihnen ermöglichte, die ursprüngliche Form der Hintergrundquelle zu rekonstruieren und auch bestimmte Eigenschaften der Linse selbst zu verstehen. Die Beobachtungen lieferten auch wertvolle Informationen über den Gasgehalt dieser Galaxie und wie dieser verteilt ist. "Unsere Analyse hat gezeigt, dass dieses Objekt vermutlich sehr jung ist und mit einer extrem hohen Rate Sterne bildet, erläutere Giulietti. "In Zukunft wird das James-Webb-Weltraumteleskop noch viel mehr über diese Galaxie enthüllen."
Professor Andrea Lapi, Mitautor der Studie, unterstrich abschließend die Bedeutung der neusten Entdeckung. "Entfernte Galaxien, die jung und kompakt sind, sich durch eine rege Sternentstehung auszeichnen, weitgehend von Staub verdeckt sind und über ein sehr reiches Reservoir an molekularem Gas verfügen, sind Vorläufer der massereichen ruhenden Galaxien, die wir im lokalen Universum sehen, und bieten daher sehr wertvolle Einblicke in die Prozesse, die zur Entstehung und Entwicklung dieser Strukturen im Laufe der Geschichte des Kosmos geführt haben." Er fügte hinzu:
"Ich möchte betonen, dass der Erfolg dieser Forschung durch die Synergie zwischen der SISSA-Gruppe für Astrophysik und Kosmologie und dem ALMA-Regionalzentrum am INAF – Institut für Radioastronomie in Bologna (insbesondere durch die Zusammenarbeit mit Dr. Marcella Massardi, Mitautorin der Studie) erreicht wurde, die es unseren Studenten ermöglichte, Zugang zum ALMA-Datenarchiv zu erhalten und zu lernen, wie man es effektiv nutzt – eine echte Goldmine für die heutige Astrophysikforschung."
Demnächst wird ALMA die Daten einer anderen weit entfernten unsichtbaren Galaxie liefern - einer Galaxie, die sich vielleicht als "massives Monster" entpuppt. Das Licht auf solche weit entfernten Himmelsobjekte zu werfen, hilft Wissenschaftlern, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien besser zu verstehen.
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