Bildnachweis: ESO
Obwohl das Universum derzeit insgesamt eine beige Farbe hat, war es laut Astronomen des European Southern Observatory früher eher blau. Die Astronomen ermittelten die Entfernung und Farbe zu 300 Galaxien, die in der Hubble Deep Sky-Vermessung enthalten waren, die einen tiefen Blick auf eine Himmelsregion im südlichen Sternbild Tuscanae warf.
Ein internationales Team von Astronomen [1] hat die Farbe des Universums in jungen Jahren bestimmt. Während das Universum jetzt irgendwie beige ist, war es in der fernen Vergangenheit viel blauer, zu einer Zeit, als es nur 2.500 Millionen Jahre alt war.
Dies ist das Ergebnis einer umfassenden und gründlichen Analyse von mehr als 300 Galaxien in einem kleinen südlichen Himmelsgebiet, dem sogenannten Hubble Deep Field South. Das Hauptziel dieser fortgeschrittenen Studie war es zu verstehen, wie der Sterninhalt des Universums zusammengesetzt wurde und sich im Laufe der Zeit verändert hat.
Der niederländische Astronom Marijn Franx, ein Teammitglied des Leidener Observatoriums (Niederlande), erklärt: „Die blaue Farbe des frühen Universums wird durch das überwiegend blaue Licht junger Sterne in den Galaxien verursacht. Die rötlichere Farbe des Space Magazine wird durch die relativ große Anzahl älterer, rötlicherer Sterne verursacht. “
Der Teamleiter Gregory Rudnick vom Max-Planck-Institut für Astrophysik (Garching, Deutschland) fügt hinzu: „Da die Gesamtlichtmenge im Universum in der Vergangenheit ungefähr gleich war wie heute und ein junger blauer Stern viel mehr emittiert Licht als ein alter roter Stern, muss es im jungen Universum deutlich weniger Sterne gegeben haben als jetzt. Unsere neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Mehrheit der Sterne im Universum vergleichsweise spät gebildet wurde, nicht lange bevor unsere Sonne geboren wurde, zu einem Zeitpunkt, als das Universum etwa 7.000 Millionen Jahre alt war. “
Diese neuen Ergebnisse basieren auf einzigartigen Daten, die während mehr als 100 Stunden Beobachtungen mit dem ISAAC-Multimode-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO im Rahmen eines großen Forschungsprojekts, der Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES), gesammelt wurden. Die Abstände zu den Galaxien wurden aus ihrer Helligkeit in verschiedenen optischen Wellenlängenbändern im nahen Infrarot geschätzt.
Beobachtung des frühen Universums
Es ist heute bekannt, dass die Sonne vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstanden ist. Aber wann haben sich die meisten anderen Sterne in unserer Heimatgalaxie gebildet? Und was ist mit Sternen in anderen Galaxien? Dies sind einige der Schlüsselfragen der heutigen Astronomie, die jedoch nur durch Beobachtungen mit den größten Teleskopen der Welt beantwortet werden können.
Eine Möglichkeit, diese Probleme anzugehen, besteht darin, das sehr junge Universum direkt zu beobachten - indem man in die Zeit zurückblickt. Astronomen nutzen dafür die Tatsache, dass Licht, das von sehr weit entfernten Galaxien emittiert wird, lange Zeit wandert, bevor es uns erreicht. Wenn Astronomen solche entfernten Objekte betrachten, sehen sie sie so, wie sie vor langer Zeit erschienen sind.
Diese entfernten Galaxien sind jedoch äußerst schwach, und diese Beobachtungen sind daher technisch schwierig. Eine weitere Komplikation besteht darin, dass aufgrund der Ausdehnung des Universums das Licht dieser Galaxien in Richtung längerer Wellenlängen [2] aus dem optischen Wellenlängenbereich in den Infrarotbereich verschoben wird.
Um diese frühen Galaxien genauer untersuchen zu können, müssen Astronomen daher die größten bodengestützten Teleskope verwenden, die bei sehr langen Belichtungen ihr schwaches Licht sammeln. Außerdem müssen sie infrarotempfindliche Detektoren verwenden.
Teleskope als riesige Augen
Das „Hubble Deep Field South (HDF-S)“ ist ein sehr kleiner Teil des Himmels im südlichen Sternbild Tucanae („der Tukan“). Es wurde für sehr detaillierte Studien mit dem Hubble-Weltraumteleskop (HST) und anderen leistungsstarken Teleskopen ausgewählt. Optische Bilder dieses vom HST erhaltenen Feldes repräsentieren eine Gesamtbelichtungszeit von 140 Stunden. Viele bodengestützte Teleskope haben auch Bilder und Spektren von Objekten in diesem Himmelsbereich erhalten, insbesondere die ESO-Teleskope in Chile.
Im Rahmen einer gründlichen Studie (Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, siehe ESO PR 23/02) wurde eine Himmelsfläche von 2,5 x 2,5 Bogenmin2 in Richtung HDF-S beobachtet. Es ist etwas größer als das Feld, das von der WFPC2-Kamera auf dem HST abgedeckt wird, aber immer noch 100-mal kleiner als das Gebiet, das vom Vollmond begrenzt wird.
Wann immer dieses Feld vom ESO Paranal Observatory aus sichtbar war und die atmosphärischen Bedingungen optimal waren, richteten ESO-Astronomen das 8,2-m-VLT-ANTU-Teleskop in diese Richtung und nahmen mit dem ISAAC-Multimode-Instrument Nahinfrarotbilder auf. Insgesamt wurde das Feld mehr als 100 Stunden lang beobachtet und die resultierenden Bilder (siehe ESO PR 23/02) sind die tiefsten bodengestützten Ansichten in den Js- und H-Bändern im nahen Infrarot. Das Ks-Band-Bild ist das tiefste, das jemals von einem Himmelsfeld in diesem Spektralband erhalten wurde, sei es vom Boden oder vom Weltraum aus.
Diese einzigartigen Daten bieten eine außergewöhnliche Sicht und ermöglichen nun beispiellose Studien der Galaxienpopulation im jungen Universum. Aufgrund der außergewöhnlichen Sehbedingungen bei Paranal weisen die mit dem VLT erhaltenen Daten eine hervorragende Bildschärfe auf (ein „Sehen“ von 0,48 Bogensekunden) und können mit den optischen HST-Daten nahezu ohne Qualitätsverlust kombiniert werden.
Eine blauere Farbe
Die Astronomen konnten auf diesen Bildern eindeutig etwa 300 Galaxien nachweisen. Für jeden von ihnen haben sie den Abstand durch Bestimmung der Rotverschiebung gemessen [2]. Dies wurde mittels einer neu verbesserten Methode erreicht, die auf dem Vergleich der Helligkeit jedes Objekts in allen einzelnen Spektralbändern mit der eines Satzes benachbarter Galaxien basiert.
Auf diese Weise wurden im Feld Galaxien mit Rotverschiebungen von bis zu z = 3,2 gefunden, was Entfernungen um 11.500 Millionen Lichtjahre entspricht. Mit anderen Worten, die Astronomen sahen das Licht dieser sehr abgelegenen Galaxien so, wie sie waren, als das Universum nur etwa 2,2 Milliarden Jahre alt war.
Als nächstes bestimmten die Astronomen die von jeder Galaxie emittierte Lichtmenge so, dass die Auswirkungen der Rotverschiebung „beseitigt“ wurden. Das heißt, sie haben die Lichtmenge bei verschiedenen Wellenlängen (Farben) gemessen, wie sie von einem Beobachter in der Nähe dieser Galaxie aufgezeichnet worden wäre. Dies bezieht sich natürlich nur auf das Licht von Sternen, die nicht stark von Staub verdeckt sind.
Die Astronomen fassen das von allen Galaxien in einer bestimmten kosmischen Epoche bei verschiedenen Wellenlängen emittierte Licht zusammen und können dann auch die durchschnittliche Farbe des Universums (die „kosmische Farbe“) in dieser Epoche bestimmen. Darüber hinaus konnten sie messen, wie sich diese Farbe verändert hat, als das Universum älter wurde.
Sie schließen daraus, dass die kosmische Farbe mit der Zeit röter wird. Insbesondere war es in der Vergangenheit viel blauer; Jetzt, im Alter von fast 14.000 Millionen Jahren, hat das Universum eine Art beige Farbe.
Wann haben sich Sterne gebildet?
Die Veränderung der kosmischen Farbe mit der Zeit mag an sich interessant sein, ist aber auch ein wesentliches Instrument, um zu bestimmen, wie schnell Sterne im Universum zusammengesetzt wurden.
Während die Sternentstehung in einzelnen Galaxien komplizierte Geschichten haben kann, die sich manchmal zu echten „Sternstößen“ beschleunigen, zeigen die neuen Beobachtungen - die jetzt auf vielen Galaxien basieren -, dass die „durchschnittliche Geschichte“ der Sternentstehung im Universum ist viel einfacher. Dies wird durch die beobachtete, sanfte Änderung der kosmischen Farbe mit zunehmendem Alter des Universums deutlich.
Mithilfe der kosmischen Farbe konnten die Astronomen auch bestimmen, wie sich das Durchschnittsalter relativ ungehinderter Sterne im Universum mit der Zeit veränderte. Da das Universum in der Vergangenheit viel blauer war als heute, kamen sie zu dem Schluss, dass das Universum nicht mehr so viele blaue (hochmassige, kurzlebige) Sterne produziert wie früher, während gleichzeitig die roten (niedrige Masse) , langlebige Sterne aus früheren Generationen der Sternentstehung sind noch vorhanden. Blaue, massive Sterne sterben schneller als rote Sterne mit geringer Masse. Mit zunehmendem Alter einer Gruppe von Sternen sterben die blauen kurzlebigen Sterne und die durchschnittliche Farbe der Gruppe wird röter. Das Universum als Ganzes auch.
Dieses Verhalten ähnelt in gewisser Weise dem Alterungstrend in modernen westlichen Ländern, in denen weniger Babys geboren werden als in der Vergangenheit und die Menschen länger leben als in der Vergangenheit, was insgesamt dazu führt, dass das Durchschnittsalter der Bevölkerung steigt.
Die Astronomen stellten fest, wie viele Sterne sich bereits gebildet hatten, als das Universum nur etwa 3.000 Millionen Jahre alt war. Junge Sterne (von blauer Farbe) emittieren mehr Licht als ältere (rötlichere) Sterne. Da es im jungen Universum jedoch ungefähr so viel Licht gab wie heute - obwohl die Galaxien jetzt viel röter sind - bedeutet dies, dass es im frühen Universum weniger Sterne gab als heute. Die vorliegende Studie zeigt, dass es zu diesem frühen Zeitpunkt zehnmal weniger Sterne gab als heute.
Schließlich stellten die Astronomen fest, dass ungefähr die Hälfte der Sterne in den beobachteten Galaxien nach der Zeit gebildet wurde, als das Universum ungefähr halb so alt war (7.000 Millionen Jahre nach dem Urknall) wie heute (14.000 Millionen Jahre).
Obwohl dieses Ergebnis aus einer Untersuchung eines sehr kleinen Himmelsfeldes abgeleitet wurde und daher möglicherweise nicht vollständig repräsentativ für das Universum als Ganzes ist, wurde gezeigt, dass das vorliegende Ergebnis in anderen Himmelsfeldern gilt.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
