Sind Naturkonstanten konstant?

Hawking - Die Suche nach dem Anfang der Zeit

Ein Spielfilm-Biografie der BBC über den Physiker Stephen Hawking, lieferbar ab Ende Mai 2016 (z.B. hier).

Als das Universum durchsichtig wurde

Die größte Struktur im Universum

Hier geht es zu der Originalarbeit, die im Video diskutiert wird: http://arxiv.org/abs/1211.6256

Die Geschichte des Universums in einem Jahr

Große Entfernungen veranschaulichen wir gern durch einen geeigneten Maßstab - insbesondere bei Landkarten sind wir das ja gewohnt. Doch was mit Längen geht, geht auch mit der Zeit. Man stelle sich vor, die ganze Geschichte des Universums auf ein Jahr abzubilden. Das heißt, am 01. Januar "wird das Universum in seine Existenz geworfen", wie Harald Lesch immer so schön formuliert, und am 31.12. kurz vor Mitternacht ist das JETZT, in dem wir uns derzeit befinden. Wie sähe solch ein kosmisches Jahr aus? Das Bild unten zeigt genau dies.

Weil die Grafik vielleicht etwas viel Information enthält, hier ein paar Eckdaten: Alles was den Teilchenphysiker beschäftigt, spielt sich schon am ersten Tag ab. Mittags kurz vor 13:00 Uhr gibt es die ersten stabilen Atome und weil die Elektronen eingefangen sind, wird das Universum durchsichtig. Aus diesem ersten Tag stammt die Hintergrundstrahlung, die wir noch heute messen können, mit Satelliten wie COBE, WMAP oder Planck. Die ersten Sterne entstanden am 3. Januar. Die ältesten Galaxien, die wir auf dem Hubble Ultra Deep Field sehen können, bildeten sich am 13. Januar. So viel zum Beginn der Astrophysik. Machen wir einen großen Sprung in unseren Teil des Universums: Unsere Sonne und mit ihr all die Planeten, die sie umkreisen, bildete sich am 03. September und schon am 21. September gab es das erste Leben auf der Erde. Dann passierte lange lange nichts, bis zur kambrischen Explosion am 17. Dezember. Hier nahm das Leben Fahrt auf, bis alles voller Dinosaurier war. Am 30.12. kam es zum letzten großen Massenaussterben vor unserer Zeit. Die Dinosaurier machten Platz für die Säugetiere. Mit den ersten Menschen infizierte sich die Erde am 31.12. ein paar Minuten vor Mitternacht und vor einer Sekunde hat Kopernikus, Kepler und Galilei bewiesen, dass die Erde nicht das Zentrum des Universums ist.

Zur Großansicht (3 MB)

Das Bild wurde von Ethan Siegel für seinen Blog Starts with a Bang! erstellt. Vielen Dank dafür, dass ich es hier übernehmen durfte!.

Warum ist es nachts dunkel?

Woher wissen wir, dass es einen Urknall gab?

Unsere kosmische Nachbarschaft in 3D

Die Erde, dritter Planet im Sonnensystem, in dessen Zentrum ein mittelgroßer, mittelmäßig heller, gelblicher Stern steht, die Sonne. Der Stern zieht seine Bahn um das Zentrum der Milchstraße, relativ weit außen schon, in einem der vielen Spiralarme, den wir den Orion-Arm nennen. Unsere Heimatgalaxie ist schon ein stattliches Exemplar ihrer Art, das neben einem Schwarm von Kugelsternhaufen auch eine Reihe von kleinen Begleitgalaxien um sich schart.Gleiches macht auch unsere nächste größere Nachbarin, die Andromedagalaxie, die sich derzeit fleißig auf uns zu bewegt - genau wie wir uns auf sie zubewegen. Gemeinsam mit der Dreiecksgalaxie bilden die zwei und ihr Anhang die Lokale Gruppe von Galaxien. Aber wie geht es dann weiter?

Die Lokale Gruppe ist Bestandteil des Virgo-Superhaufens, zu dem auch der Virgo-Galaxienhaufen gehört. Dessen Galaxien sind durchschnittlich schon 65 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Wir können messen, daß auch der Virgohaufen fleißig an uns zieht. Trotzdem entfernen sich die Galaxien des Virgohaufens von uns, Schuld daran ist die Expansion des Universums. Und außerhalb des Virgohaufens, wie sieht es da aus? In welche Richtungen gibt es weitere Galaxien oder Ansammlungen von Galaxien? Um das herauszufinden, wirft man am besten erstmal einen Blick in eine Himmelsdurchmusterung. Derzeit stehen mit Pan-STARRS, VISTA, VST oder dem LSST ja eine ganze Reihe von Teleskopen vor Himmelsdurchmusterungen in den Startlöchern oder haben ihre Arbeit vor kurzem aufgenommen.

Eine der Himmelsdurchmusterungen, die schon seit einigen Jahren abgeschlossen ist und wo daher schon alle Daten des kompletten Himmels zur Verfügung stehen, ist 2MASS, der Two Micron All Sky Survey. Wie der Name andeutet, hat 2MASS im nahen Infraroten beobachtet und dabei auch jede Menge Galaxien abgelichtet. Damit hätten wir also schonmal eine Himmelskarte von Galaxien, wissen aber noch nicht wie weit sie weg sind. Das herauszufinden, war Aufgabe des 2MASS Redshift Survey (2MRS), bei dem in jahrelangen Nachbeobachtungen die Rotverschiebungen der abgelichteten Objekte gemessen wurden. Für unsere kosmische Nachbarschaft läßt sich die wiederum einigermaßen genau in Entfernungen umrechnen.

Mit dem 2MASS Redshift Survey ist man bei der Durchmusterung des Himmels nach nahen Galaxien so nah an die Milchstraßenebene herangerückt wie nie zuvor. Image Credit: T.H. Jarrett (IPAC/SSC)

Das Resultat ist eine farbkodierte Karte, die uns zeigt wo sich jede der vermessenen Galaxien im Raum befindet. Die Farbdarstellung macht wunderbar sichtbar, wo sich Galaxien zu Haufen gleicher Entfernung anordnen und wo sich bereits die typischen Strukturen des Kosmos - walls and voids genannt - herausbilden. Wohlgemerkt, diese Karte beinhaltet "nur" die 43.000 nächsten Galaxien bis zu einer Rotverschiebung von etwa z=0.03, was grob 370 Millionen Lichtjahren Entfernung entspricht. Die am weitesten entfernten Galaxien, die man heute kennt, kommen auf z-Werte im Bereich 8-10. Das Licht war von ihnen bis zu uns bis zu 13 Milliarden Jahre lang unterwegs, während sich der Raum um sie herum fleißig ausgedehnt hat, daß daß sie inzwischen mehr als 40 Milliarden Lichtjahre weit weg sein können.

Das jeweils bekannte Universum

Martin Waldseemüller ist vielleicht die unbekannteste Berühmtheit meiner Heimatstadt Freiburg im Breisgau. So um 1470 geboren studierte er an der dortigen Universität Mathematik und Geographie und freundete sich mit dem Elsässer Matthias Ringmann an. Mit ihm zusammen zog er ein paar Kilometer westwärts nach Saint-Dié-des-Vosges um dort als Professor unter anderem Kosmologie und Kartografie zu unterrichten. Viel rumgekommen ist er also nicht, doch die geographische Verfasstheit der Welt hat ihn offensichtlich fasziniert. So schrieb er ein Buch über den italienischen Seefahrer Amerigo Vespucci und verfasste zusammen mit Matthias Ringmann ein bedeutendes Werk, das im Stile der damaligen Zeit einen langen Titel hatte: "Die vollständige Kosmografie nach der Überlieferung des Ptolemäus und nach Amerigo Vespucci sowie nach anderen Abbildungen"

Dieses Werk bestand aus einem Globus, einer Weltkarte und einer Beischrift - ein Booklet, wie wir heute sagen würden. Auf dieser Karte wird die neue Welt erstmalig zu Ehren des Seefahrers Amerika genannt. Vermutlich geschah dies aufgrund eines Irrtums. Columbus war zu seiner Lebzeit nicht so berühmt, wie wir das heute glauben würden (schon damals war nur bekannt, wer publiziert). So trägt die neue Welt nicht den Namen seines Entdeckers, sondern den Namen desjenigen, der wohl als erster kapierte, dass es wirklich eine neue Welt ist - und das ist doch auch schön.

Diese nette Geschichte, wie ein Freiburger einen ganzen Kontinent benannte, wollte ich schon immer mal hier erzählen und zwar nicht nur, weil sie nett ist, sondern zum einen, weil ich es faszinierend finde, wie die naheliegende Frage wo auf unserer Welt was ist, im Laufe der Geschichte behandelt wurde. Siehe dazu auch der Literaturtipp: Der mittelalterliche Kosmos.

Zum anderen sind wir aber durchaus in einer ähnlichen Situation wie Martin Waldseemüller. Unser Wissen über den Aufbau der Welt verdanken wir nicht eigener Anschauung und Reisen. Selbst die euphorisch Stern- oder gar Kosmosfahrer genannten Nachfahren Amerigo Vespuccis kommen ja nicht weit. Verkleinert man nämlich die Sonne auf die Größe einer ordentlichen Grapefruit (Maßstab 1:10 Milliarden), befindet sich die Erde in fünfzehn Metern Abstand und hat gerade mal die Größe eines Kügelchens, vergleichbar dem in der Spitze eines Kugelschreibers. Der Mond ist in diesem Maßstab nicht mehr zu sehen, sein Orbit aber mit der Handfläche leicht abzudecken. Diese knapp vier Zentimer sind es, die wir bisher bereist haben, wo hingegen der nächste Stern in diesem Maßstab 4400 Kilometer weit entfernt steht. So viel zum Thema "Astro"nauten.

Dennoch machen wir es wie weiland Martin Waldeemüller und entwerfen eine Karte vom Aufbau des Universums und träumen uns dahin. Diese ganze Vorgeschichte halte ich für notwendig, um das folgende Video würdigen zu können, das einen faszinierenden Flug durch das bekannte Universum zeigt. Wir haben keine Garantie, dass dieses Video ebenfalls mal in einer Videosammlung mit dem Namen "Der mittelalterliche Kosmos" landet und unsere Ururururenkel sich darüber amüsieren. Das verbindet dieses Video mit der Karte von Martin Waldseemüller und Matthias Ringmann, es ist das Beste, was wir derzeit haben. In Anlehung an Waldseemüller könnte man das Video nennen: "Die vollständige Kosmografie nach der Überlieferung der weisen und hochgelehrten Astronomen und tapferen Raumfahrer sowie nach anderen Abbildungen"



Quelle: Wikipedia-Eintrag zu Martin Waldseemüller, lesenswerter SWR-Beitrag: Wie Amerika zu seinem Namen kam

So schön kann Staub sein

Credit: ESA and the HFI Consortium, IRAS 

Kaum freuen wir uns hierzulande auf den anbrechenden Frühling, zeigen uns die Astronomen, wo es in der Sonnenumgebung am kältesten ist. Die Aufnahme, die farblich gerade wunderbare in die gelbe Phase unseres Lichtechos passt, entstand mit dem Astronomiesatelliten Planck. Dieses Schmückstück der europäischen Raumfahrtbehörde ESA soll eigentlich viel weiter raus und somit zurück in die Zeit schauen, um die kosmischen Hintergrundstrahlung zu vermessen. Dabei handelt es sich um das früheste Licht im Universum, sozusagen der Fingerabdruck des Urknalls. Aufgrund der Ausdehnung des Universums ist diese Strahlung rotverschoben. Astronomen benötigen einen Satelliten mit Instrumenten, die auf Infrarotstrahlung ansprechen. Blöd ist nur, dass auch kalter interstellarer Staub unserer Galaxie in diesem Bereich "leuchtet". Diese störende Vordergrundstrahlung wird von den Astronomen vorab gemessen, um später die Messung der Hintergrundstrahlung um diesen "Schmutzfaktor" zu korrigieren. So liefert uns also der Satellit Planck quasi nebenbei eine Karte mit kaltem Gas und Staub.
In den Worten des beteiligten Wissenschaftlers Richard Davis von der University of Manchester klingt das so:

"These are fantastically detailed images showing the sky at a wavelength never previously investigated. Our main aim with Planck is to observe the cosmic microwave background, the fading glow of the Big Bang. However the emissions from our own Galaxy, the so-called foregrounds, restrict our ability to do that. When these high-frequency images are combined with those from the low-frequency instrument, key components of which were built here at Jodrell Bank, we will be able to accurately separate the foreground. In addition to enabling extremely precise measurements of the microwave background, this will result in all sorts of new science on the physical processes at work in our Galaxy." 

 Was genau sehen wir jetzt hier? Das Bild zeigt einen 55 Winkelgrad großen Himmelsausschnitt entlang der galaktischen Ebene. Es setzt sich aus insgesamt drei Aufnahmen zusammen und zwar einerseits aus Daten des Satelliten Planck bei 540 und 350 Mikrometer Wellenlänge, sowie andererseits aus einer Aufnahme bei 100 µm Wellenlänge, die mit einem anderen Infrarotsatelliten gelangen, nämlich dem Satelliten IRAS. Die kombinierten Daten zeigen unterschiedliche Temperaturen in farblichen Abstufungen. Das kräftige Rot entpricht einer Temepratur von 12 Kelvin, also 12 Grad über dem absoluten Nullpunkt von -273, 15° Celsius. Die weißen Bereiche des Bildes sind deutlich wärmer, nämlich einige zehn Grad über den absoluten Nullpunkt. Dieser relativ warme Staub lässt auf Sternentstehungsprozesse schließen. Die Tiefe des Bildes liegt bis zu 500 Lichtjahre Entfernung von unserer Sonne. Gemessen an der gewaltigen Ausdehnung unserer Milchstraße ist das also der Staub vor unserer Tür.

Der Satellit Planck wurde gemeinsam mit dem Weltraumteleskop Herschel am 14. Mai 2009 von der ESA in Kourou, Französisch-Guayana, gestartet. Der Doppelstart war zweifelsohne ein extremer Vertrauensbeweis in die Zuverlässigkeit der Ariane-5-Rakete, den diese auch gerecht wurde. Der Planck-Satellit benötigte sechs Wochen, um den so genannten Lagrange-Punkt 2 zu erreichen, der sich in 1,5 Million Kilometern Entfernung von der Erde befindet. Während dieser Reise wurden die Instrumente Plancks heruntergekühlt, damit er nicht mit seiner Eigenwärme die Infrarotsensoren blendet. Gekühlt ist untertrieben: Der Satellit Planck ist nicht nur popokalt, sondern mit 0,1 Grad über den absoluten Nullpunkt so kalt, wie es kälter kaum noch geht. Der kälteste Punkt im All ist uns also relativ nahe. Jetzt freuen wir uns aber wirklich auf den Frühling!

Quelle: Jodrell Bank Centre for Astrophysics und NASA/JPL

Galaxienentwicklung und Kosmologie

  Credit: Ville Koistinen

Galaxien sind die Bausteine des Universums. Sie bestehen aus Ansammlungen von Sternen und deren planetaren Begleiter, sowie aus Unmengen von Staub und Gas. Galaxien wie unsere Milchstraße bringen es dabei auf mehrere hundert Milliarden Sterne; es gibt sie aber auch in kleinerer Ausführung mit lediglich Millionen Sternen.

Wie bei anderen Phänomenen der Natur auch, beginnt man die Galaxienforschung am besten erstmal mit einer Klassifikation, also der Frage, wie sich die Vielfalt der Objekte beschreiben lässt. Die berühmteste Galaxienklassifikation stammt von dem amerikanischen Astronomen Edwin Hubble aus dem Jahre 1925. Sein Stimmgabel-Diagramm ist oben abgebildet. Das Diagramm unterscheidet drei Typen von Galaxien: Elliptische Galaxien (E0 bis E7), Spiralgalaxien (Sa bis Sc) und Balkenspiralgalaxien (SBa bis SBc). Unsere Milchstraße gehört wohl zu den Balkenspiralgalaxien. Bei dieser komplexen Galaxienform treten die Spiralarme von einem Zenralbereich (Bulge) aus, der zu einer Balkenstruktur verlängert ist.

Warum Galaxien in diesen verschiedenen Formen vorliegen ist nicht abschließend geklärt, doch schon Hubble vermutete, dass diese Klassifikation eine zeitliche Entwicklung widerspiegelt. Auch wenn seine Erklärung im Detail nicht mehr gültig ist, bleibt dieses Prinzip richtig.

Heute haben wir es einfacher, denn dank der Infrarotastronomie können wir tief in den Weltraum hinein und somit weit in die Zeit zurückschauen und so alte und junge Galaxien miteinander vergleichen. Die Astronomen Andrew Benson vom California Institute of Technology und Nicholas Devereux von der Embry-Riddle University, Arizona, nutzen dazu Daten aus einer Himmelsdurchmusterung im infraroten Spektralbereich namens Two Micron All Sky Survey (2MASS). Diese Daten verglichen sie mit ihrem Computermodell GALFORM. Sie konnten so zeigen, dass ihr Computermodell die Entwicklungsgeschichte des Universums der letzen dreizehn Milliarden Jahre korrekt wiedergibt, insofern ihre Berechnungen nicht nur die verschiedenen Galaxienklassen wiedergab, sondern auch deren Häufigkeit gemäß den 2MASS-Daten. Nicholas Devereux sagt dazu:

"We were completely astonished that our model predicted both the abundance and diversity of galaxy types so precisely."

Schön für die beiden, könnte man denken und es dabei bewenden lassen. Interessant ist aber, dass dem Computermodell das Lambda Cold Dark Matter - Modell *) der Kosmologie zugrunde liegt und somit ihre Simulation das Modell stützt. Nach diesem Modell besteht unser Universum im wesentlichen aus circa 72% Dunkler Energie und aus 23% Dunkler Materie. Die Materie, die wir aus unserer Anschauung kennen, macht in diesem Modell lediglich 4% des Universums aus. Diese sogenannte baryonische Materie bildet die Sterne, Planeten und ihre Bewohner und somit den sichtbaren Teil der Galaxien.

Die größte Masse der Galaxien steckt also nicht in der sichtbaren baryonischen Materie. Nach der heutigen Vorstellung besitzen Galaxien einen Halo aus Dunkler Materie, in dem sie eingebettet sind. In dem Modell von Benson und Devereux entwickeln sich die Galaxien, indem die Halos verschiedener Galaxien miteienander zu einem größeren Halo verschmelzen, der dann eine größere neue Galaxie umgiebt. Die Anzahl der Verschmelzungen bestimmt die Galaxienklasse. Die elliptischen Galaxien entstanden demnach aus vielfachen Verschmelzungen, wo hingegen Spiralgalaxien noch jungfräulich sind. In dem also das Computermodell die Beobachtungen aus den 2MASS-Daten unter Verwendung der im Lambda-CDM-Modell vorgegebenen Materieverhältnisse wiedergibt, stützt es dieses aktuelle Kosmologie.

*) Der Beitrag in der englischsprachigen Wikipedia ist lesenswerter: Lambda-CDM model
Quelle: Royal Astronomical Society

So viel dazu. Wer jetzt noch Lust auf die dunkle Seite der Kosmologie hat, möge sich diesen Vortrag aus Alpha Centauri über Dunkle Materie anschauen:
 

Bang! (Big!)

Vor etwa drei Jahren hab ich auf "Web 2.0" aktualisiert. Soll heißen, ich bemühe mich auch auf Myspace und anderen Social-Network-Seiten um "astronomische Aufklärung". Eines der Missverständnisse dreht sich um den Urknall. Aber zugegeben – die Vorstellung, dass sich nicht nur sämtliche Masse und Energie, sondern auch alle Dimensionen – Raum wie Zeit – in einem "Punkt" vereinigt waren, ist schwer zu begreifen.

In diesem Punkt bemüht sich eine bekannte US-amerikanische Kosmologin, Janna Levin von der Columbia, dies in einem Video-Podcast zu veranschaulichen. Das Ganze hat zwar ein wenig MTV-Charakter und spricht eine ganze Reihe von Fassetten in zweieinhalb Minuten an, von der Zeit vor dem Urknall bis hin zu Multiversen, aber der Clip knallt. Fortsetzung folgt?

(Tipp von Bad Astronomy)

Fernes Echo einer lange vergangenen Explosion

Ein Lichtecho - der Namensgeber dieses Blogs - bildet sich immer dann, wenn ein Lichtblitz sich ausbreitet und dabei auf Materie trifft, die das Licht dann zu uns reflektiert. So kann man regelrecht verfolgen, wie sich zum Beispiel die Lichtsphären von Nova- oder Supernovaexplosionen im Raum ausbreiten und dabei nicht nur etwas über den Verursacher des Lichtblitzes sondern auch über das ihn umgebende interstellare Material lernen.

Ein etwas anderes aber vom Prinzip her ähnliches Echo hat man nun im Chandra Deep Field North gefunden.Das Chandra Deep Field North ist ein Deep Survey im Röntgenbereich, ähnlich dem berühmten Hubble Deep Field. 23 Tage lang hat man mit dem Chandra-Satelliten auf eine etwa Himmelsgegend im Großen Bären gehalten, die etwa halb so groß erscheint wie der Mond. Sichtbar wurden unzählige Galaxien, weit entfernt von uns.

Image Credit: NASA/CXC/PSU/D.M.Alexander, F.E.Bauer, W.N.Brandt et al.

Bei genauem Hinsehen findet sich in der Aufnahme ein schwaches Röntgenleuchten, daß die Quelle Nr. 130 im Chandra Deep Field North umgibt. Dabei handelt es sich nun nicht direkt um ein Lichtecho. Passend zur Radiostrahlung, die man von dieser Quelle gemessen hat, vermutet man, daß es sich dabei um ein supermassives Schwarzes Loch handelt, wie sich im Zentrum von Galaxien sitzen. Die Röntgenstrahlung entsteht, wenn schnelle Elektronen, die sich nach einer großen Explosion von dem schwarzen Loch wegbewegen, mit Photonen aus der kosmischen Hintergrundstrahlung wechselwirken. Es ist also keine intergalaktische Materie im Spiel, die mit den Lichtteilchen eines Lichtblitzes wechselwirken, sondern genau umgekehrt: Teilchen, die bei der Explosion erzeugt wurden, wechseln mit den Photonen der Hintergrundstrahlung, die den Raum ausfüllen.

Image Credit: X-ray (NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.); Optical (SDSS), Radio (STFC/JBO/MERLIN)

Die Struktur die wir sehen erstreckt sich über etwa 2.2 Millionen Lichtjahre und ist etwa 10 Milliarden Lichtjahre entfernt. Die Teilchen bewegten sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Raum, das Ereignis ist also schon vor langer Zeit geschehen.

Blick in die entfernteste Vergangenheit

In den letzten Tagen liefen beim Gamma Ray Bursts Coordinates Network (GCN) der NASA die Drähte heiß: Etwa alle drei Tage entdeckt der Swift-Satellit einen Gamma Ray Burst, Routine also, aber GRB 090423 vom 23. April sollte sich als das älteste und am weitesten entfernte bislang beobachtete Objekt im Kosmos entpuppen.

Zuerst sah auch alles ganz wie üblich aus: Zehn Sekunden lang detektierte Swifts BAT-Instrument den Gammastrahlenausbruch, damit fällt er in die Kategorie der Bursts langer Dauer. Der Ausbruch war nicht außergewöhnlich stark, aber der Swift-Satellit richtete sich wie immer routinemäßig und vollautomatisch auf die entsprechende Himmelsposition aus um ein Nachleuchten im Röntgenbereich oder im sichtbaren Licht einzufangen. Ersteres gelang, letzteres nicht, ein erster Hinweis darauf, daß man es mit einem weit entfernten, schwachen Objekt zu tun hat. Wie immer verbreitete das GCN-Netzwerk die Entdeckungsmeldung und Teleskope weltweit, die an Beobachtungskampagnen von Gamma Ray Burst beteiligt sind, richteten sich auf GRB 090423 aus, auch das Gemini-Observatorium auf Hawaii und das VLT, und schon begannen stündlich neue Meldungen einzutrudeln.

Infrarot-Falschfarbenbild des Nachleuchtens von GRB 090423 detektiert mit Gemini North auf Hawaii. Image Credit: Gemini Observatory/NSF/AURA/D. Fox, A. Cucchiara (Penn State Univ.) and E. Berger (Harvard Univ.)

Von La Silla und Hawaii aus konnte GRB 090423 dann im Infraroten detektiert werden. Spektroskopische Messungen von La Palma aus ergaben eine Rotverschiebung von z=8.2, ein Wert den das VLT kurz darauf bestätigte. Damit wäre der Verursacher des Gamma Ray Bursts nach den heutigen kosmologischen Modellen gut 13 Milliarden Lichtjahre entfernt und der Burst hätte sich zu einer Zeit ereignet als das Universum nur nur wenige Hundert Millionen Jahre alt war, ein neuer Rekord. Der bisherige Rekordhalter, GRB 080913 vom September letzten Jahres, hatte eine Rotverschiebung von z=6.7 und ist damit etwa 200 Millionen Jahre jünger.

In den nächsten Tagen wird sich sicherlich noch einiges um GRB 090423 tun. Wer sich auf dem Laufenden halten möchte: Im GRBlog werden die neuesten Ergebnisse protokolliert.

Galaxienhaufen auf Kollisionskurs

Unser Universum ist hierarchisch aufgebaut: Planeten wie die Erde haben Monde, die sie umkreisen. Nehmen wir einen großen Gasplaneten wie Jupiter oder Saturn her, dann haben wir es schnell mit über 50 Monden zu tun. Die Planeten und ihr Anhang befinden sich wiederum auf Umlaufbahnen um die Sonne. Die Sonne zieht dann als einer von unzähligen Sternen ihre Bahn um das Zentrum der Milchstraße. Ähnlich wie die Planeten Monde um sich scharen und die Sterne die Planeten, haben große Galaxien wie die Milchstraße Begleitgalaxien wie die Magellanschen Wolken im Schlepptau. Zusammen mit der Andromeda-Galaxie M31 und ihren Begleitern bilden die Milchstraße und paar kleinere Galaxien, zu denen zum Beispiel ach der Dreiecksnebel M33 gehört, die sogenannte Lokale Gruppe. Die Lokale Gruppe ist ein vergleichsweise kleiner Galaxienhaufen, der wiederum Bestandteil des Virgo-Superhaufens ist.

Der Galaxienhaufen MACSJ0717 und seine nähere Umgebung. Röntgenaufnahme und optisches Bild wurden kombiniert. Image Credit: X-ray (NASA/CXC/IfA/C. Ma et al.); Optical (NASA/STScI/IfA/C. Ma et al.

Solche Superhaufen von Galaxien finden sich überall im Universum. Mit dem Röntgensatelliten Chandra, dem Hubble Weltraumteleskop und den Keck-Teleskopen auf Hawaii hat man nun einen besonders großen Galaxienhaufen namens MACSJ0717.5+3745 genau unter die Lupe genommen. Bei MACSJ0717 handelt es sich eigentlich um vier einzelne Galaxienhaufen in gut 5.4 Milliarden Lichtjahren Entfernung, die miteinander kollidieren.

Der Zentralbereich von MACSJ0717 als Kombination aus Röntgenbild und sichtbarem Licht. Die vier Teilhaufen und ihre Bewegungsrichtungen sind markiert. Image Credit: X-ray (NASA/CXC/IfA/C. Ma et al.); Optical (NASA/STScI/IfA/C. Ma et al.

Das Hubble Space Telescope lieferte das optische Bild, in dem unzählige Galaxien identifiziert werden können. Mit Keck hat man die Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen der einzelnen Galaxien vermessen und konnte sie so den verschiedenen Haufen zuordnen. Das Röntgenbild zeigt das heiße Gas zwischen den Galaxien. Es ist farbkodiert: Rot entspricht kühlerem Gas, blau heißem Gas. Das Gas wurde durch die immerwährenden Kollisionen der Teil-Haufen untereinander immer wieder aufgeheizt, denn die vier kommen nicht voneinander los: Die Gravitation hält sie zusammen und läßt sie sich immer wieder begegnen.

Kosmisches Leuchtfeuer in M87

M87 ist die größte Galaxie im Virgo-Galaxienhaufen im Sternbild Jungfrau. Auf dem ersten Blick ist sie im Fernrohr eine typische elliptische Galaxie, wenn auch mit knapp 9. Größenklasse vergleichsweise hell. Sie befindet sich in einer Entfernung von 54 Millionen Lichtjahren, also noch in der kosmischen Nachbarschaft der Milchstraße. Dank ihrer Größe ist sie ein dankbares Objekt schon für Ferngläser. Beim Blick durch ein kleineres Teleskop käme man nicht auf den Gedanken, daß sich hinter dem hellen Wattebausch, den man sich gerade anschaut eine aktive Galaxie verbirgt.

Der Jet von M87. Image Credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Im Zentrum von M87 befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch mit geschätzten 3 Milliarden Sonnenmassen, der Aktive Galaktische Kern ist eine bekannte starke Radioquelle. M87 selber beinhaltet Sterne mit insgesamt bis zu 3 Billionen Sonnenmassen. Schon seit 1918 kennt man einen Jet aus Materie, der aus dem Kern der Galaxie herauszuragen scheint und ca. 5000 Lichtjahre lang ist. Neuere Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope konnten einzelne Knoten in dem Jet auflösen, unter anderem einen in unmittelbarer Nähe des Kerns, den man HST-1 nannte.

Die innersten bereiche des Jets. Image Credit: NASA, ESA, J. Madrid (McMaster University), and Z. Levay (STScI)

Bei der Untersuchung einer Sequenz von Hubble-Aufnahmen aus den Jahren 1999 bis 2006 hat sich nun gezeigt, daß HST-1 ab dem Jahr 2000 einen plötzlichen Helligkeitsanstieg zeigte, der erst im Jahr 2005 wieder nachließ. Zeitweise überstrahlte der Knoten HST-1 dabei sogar den Kern von M87 selber. Eine mögliche Erklärung für den Helligkeitsausbruch wäre, daß das Jet-Material, das von der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch nach außen getrieben wird, auf Gas- oder Staubwolken in den Außenbereichen des Galaxienkerns trifft und die Teilchen durch Zusammenstöße untereinander zum Leuchten angeregt werden. Es könnte aber auch sein, daß die Magnetfelder, die den Jet zusammenhalten, zusammengedrückt oder verdrillt wurden, wobei ähnlich wie bei Flares in Aktiven Regionen auf der Sonne große Energiemengen freiwerden können.

Der Kern von M87 und HST-1 am 5. Mai 2005. HST-1 ist deutlich heller als der AGN selber. Image Credit: NASA, ESA, and J. Madrid (McMaster University)