SPT0418-47

SPT0418-47 ist eine junge Galaxie, deren Licht im expandierenden Universum 12,4 Milliarden Jahre benötigt hat, uns zu erreichen. Eine wissenschaftliche Veröffentlichung aus dem August 2020 unterrichtete über verschiedene überraschende Eigenschaften dieser Galaxie, die von den Forschern als typische staubreiche Starburstgalaxie mit hoher Sternentstehungsrate klassifiziert wird. Die vor wenigen Jahren neu entdeckte Galaxie weist eine Rotverschiebung von z=4,2248 auf, wobei eine in Sichtlinie befindliche Galaxie bei z=0,263 als Gravitationslinse wirkt. Erst diese gravitative Vergrößerung ermöglichte es Forschern, die Galaxie in ihrem Zustand 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall mit Hilfe des Atacama Large Millimeter Wave / Submillimeter Wave Array (ALMA) Teleskops genauer zu untersuchen. Das Aussehen von SPT0418-47 konnte durch Modellierung des Gravitationslinseneffekts rekonstruiert werden. Die Galaxie ähnelt in zwei Merkmalen der Milchstraße zur heutigen Epoche. So besitzt sie eine Scheibe und eine zentrale Verdickung (den Bulge). Die Verteilung der Bewegungsgeschwindigkeiten über die Scheibe zeigt, dass diese rotiert und den Scheiben heutiger Spiralgalaxien ähnelt. SPT0418-47 ist somit anders als erwartet relativ gleichmäßig angeordnet und ist damit das zum Lichtemissionszeitpunkt gemäß Weltalter jüngste und gemäß Lichtlaufzeit am weitesten entfernte bekannte Ebenbild der heutigen Milchstraße. Weitere Forschung wird erforderlich sein zu ergründen, ob das frühe Universum über die überraschende Entdeckung hinaus allgemein weniger chaotisch war als bisher angenommen.

Ansicht von SPT0418-47 als Einstein-Ring, durch eine nähere Galaxie gravitativ verzerrt, aufgenommen von ALMA.

Bewegung des Gases in SPT0418-47 (rekonstruiert). Das Gas, das sich von uns weg bewegt, ist rot dargestellt. Das Gas, das sich dem Beobachter nähert, ist blau.

Für Galaxie SPT0418-47 relevante Weltlinien

Trotz der Ähnlichkeit zur heutigen Milchstraße gehen die beteiligten Astronomen nicht davon aus, dass sich die untersuchte Galaxie ebenfalls zu einer Spiralgalaxie entwickelt hat. Vielmehr vermuten sie, dass SPT0418-47 schließlich den Typ einer elliptischen Galaxie angenommen hat.

Gemäß den von den Forschern verwendeten kosmologischen Parametern betrug die Entfernung (Eigendistanz, englisch: proper distance) von der Milchstraße zur neu entdeckten Galaxie zum Emissionszeitpunkt des heute empfangenen Lichts 4,7 Milliarden Lichtjahre. Photonen auf der lichtartigen Geodäte von SPT0418-47 zum Emissionszeitpunkt und der Milchstraße zum heutigen Zeitpunkt haben sich aufgrund der damaligen superluminaren Rezessionsgeschwindigkeit von vrec=2,2c (c=Lichtgeschwindigkeit) zur Milchstraße zum Emissionszeitpunkt zunächst von der Milchstraße entfernt (mit zunächst vrec-c), bevor sie von der anwachsenden Hubble-Sphäre überholt wurden. Der Schnittpunkt der Photonen-Laufbahn und der Hubble-Sphäre markiert den Zeitpunkt der maximalen Entfernung der Photonen von der Milchstraße. Bei der anschließenden Annäherung an die Milchstraße passierten die Photonen 10,6 Milliarden Jahre nach dem Urknall jene 2,8 Milliarden Lichtjahre von der Milchstraße entfernte Galaxie, die heute als Gravitationslinse dient. Zum heutigen Zeitpunkt ist jene Galaxie 3,6 Milliarden Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. SPT0418-47 hat sich zu allen Zeiten superluminar von der Milchstraße entfernt. Die heutige Eigendistanz beläuft sich auf 24,4 Milliarden Lichtjahre bei einer Rezessionsgeschwindigkeit von 1,7c.

Einzelnachweise

1. Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte ESO: ALMA findet das am weitesten entfernte Ebenbild der Milchstraße - Die Galaxie ist verzerrt und erscheint als Lichtkranz am Himmel. Abgerufen am 15. August 2020. 
2. Rizzo et al.: A dynamically cold disk galaxy in the early Universe. (PDF) Abgerufen am 18. August 2020 (englisch). 
3. Max-Planck-Gesellschaft: A distant Milky Way look-alike. Abgerufen am 15. August 2020 (englisch). 
4. Siehe Summary und Tabelle der Weltlinien-Zeichnung. Abgerufen am 5. September 2020.