Webb zeigt Gravitationsbögen im Galaxiencluster ‘El Gordo’

Originalveröffentlichung am 02.08.2023 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases

Zusammenfassung: Neues Bild zeigt Galaxiencluster, Flecken und staubige Objekte in der Ferne

Der Angelhaken. Der Dünne. Dies sind nur zwei der beeindruckenden Ziele, die das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA in neuen Details enthüllt hat. Im Juli 2022 beobachtete Webb El Gordo, einen Galaxiencluster, der 6,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall entstand. Er wurde als der massereichste Galaxiencluster ausgewählt, der zu diesem Zeitpunkt in der kosmischen Geschichte bekannt war.

Galaxiencluster sind die Schwergewichte der Astronomie. Sie sind in der Lage, das Licht von weiter entfernten Objekten zu beugen und zu verstärken – ein Phänomen, das als Gravitationslinseneffekt bekannt ist und von Albert Einstein vor mehr als 100 Jahren vorhergesagt wurde. Das von Webb aufgenommene Infrarotbild von El Gordo zeigt eine Vielzahl unge-wöhnlicher, verzerrter Hintergrundgalaxien. Es hat auch zu mehreren neuen wissenschaftlichen Entdeckungen geführt.

Ein neues Bild des als “El Gordo” bekannten Galaxienclusters enthüllt weit entfernte und staubhaltige Objekte, die nie zuvor gesehen wurden, und liefert eine Fülle neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse. Das vom James-Webb-Weltraum-teleskop der NASA aufgenommene Infrarotbild zeigt eine Vielzahl ungewöhnlicher, verzerrter Hintergrundgalaxien, die auf früheren Bildern des Hubble-Weltraumteleskops nur angedeutet waren.

El Gordo ist ein Cluster von Hunderten von Galaxien, der bereits existierte, als das Universum 6,2 Milliarden Jahre alt war, und damit ein “kosmischer Teenager”. Er ist der massereichste Galaxiencluster, der zu dieser Zeit bestand. (“El Gordo” ist Spanisch für “Der Dicke”).

Das Team nahm El Gordo ins Visier, weil er durch ein als Gravitationslinseneffekt bekanntes Phänomen wie ein natürli-ches, kosmisches Vergrößerungsglas wirkt. Seine starke Schwerkraft krümmt und verzerrt das Licht von Objekten, die hinter ihm liegen, ähnlich wie ein Brillenglas.

“Die Linsenwirkung von El Gordo verstärkt die Helligkeit und vergrößert den Umfang entfernter Galaxien. Dieser Linsen-effekt bietet ein einzigartiges Fenster in das ferne Universum”, sagt Brenda Frye von der Universität von Arizona. Frye ist Ko-Leiterin des PEARLS-Clusters-Zweigs des PEARLS-Teams (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) und Hauptautorin einer der vier Veröffentlichungen, die die El-Gordo-Beobachtungen analysieren.

Der Angelhaken

Auf dem Bild von El Gordo ist eines der auffälligsten Merkmale ein heller Bogen, der oben rechts in Rot dargestellt ist. Einer von Frye’s Studenten gab ihm den Spitznamen “El Anzuelo” (Der Fischhaken). Das Licht dieser Galaxie brauchte 10,6 Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen. Ihre charakteristische rote Farbe ist auf eine Kombination aus Rötung durch Staub in der Galaxie selbst und kosmologischer Rotverschiebung aufgrund ihrer extremen Entfernung zurückzu-führen.

Durch die Korrektur der durch die Linsenwirkung verursachten Verzerrungen konnte das Team feststellen, daß die Hinter-grundgalaxie scheibenförmig ist, aber nur einen Durchmesser von 26.000 Lichtjahren hat – etwa ein Viertel der Größe der Milchstraße. Sie konnten auch die Geschichte der Sternentstehung in der Galaxie untersuchen und stellten fest, daß die Sternentstehung im Zentrum der Galaxie bereits rapide abnimmt, ein Prozeß, der als Quenching (Anmerkung: übersetzt in etwa „Unterdrückung“) bekannt ist.

“Wir waren in der Lage, den Staubvorhang, der das Zentrum der Galaxie umgibt, in dem sich die Sterne lebhaft bilden, sorgfältig zu zerlegen”, so Patrick Kamieneski von der Arizona State University, Hauptautor einer zweiten Studie. “Jetzt können wir mit Webb problemlos durch diesen dicken Staubvorhang hindurchsehen und so den Aufbau von Galaxien von innen heraus beobachten.”

Die Dünne

Ein weiteres auffälliges Merkmal auf dem Webb-Bild ist eine lange, bleistiftdünne Linie links von der Mitte. Bekannt als “La Flaca” (Die Dünne), handelt es sich um eine weitere verstärkte Hintergrundgalaxie, deren Licht ebenfalls fast 11 Milliarden Jahre brauchte, um die Erde zu erreichen.

Nicht weit von La Flaca entfernt findet sich eine weitere verstärkte Galaxie. Als die Forscher diese Galaxie genauer unter-suchten, fanden sie drei Bilder eines einzelnen roten Riesensterns, dem sie den Spitznamen Quyllur gaben, was auf Quechua “Stern” bedeutet.

Zuvor hatte Hubble bereits über den Gravitationslinseneffekt andere Sterne (wie Earendel) entdeckt, die jedoch alle Blaue Überriesen waren. Quyllur ist der erste einzelne rote Riesenstern, der über 1 Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt beobachtet wurde. Solche Sterne bei hoher Rotverschiebung sind nur mit den Infrarotfiltern und der Empfindlichkeit von Webb zu erkennen.

“Es ist nahezu unmöglich, durch den Gravitationslinseneffekt verstärkte rote Riesensterne zu sehen, es sei denn, man geht in den Infrarotbereich. Dies ist der erste, den wir mit Webb gefunden haben, aber wir gehen davon aus, daß noch viele weitere folgen werden”, sagte Jose Diego vom Instituto de Física de Cantabria in Spanien, Hauptautor einer dritten Veröffentlichung über El Gordo.

Galaxiengruppe und Flecken

Andere Objekte auf dem Webb-Bild sind zwar weniger auffällig, aber wissenschaftlich ebenso interessant. So identifizierten Frye und ihr Team (zu dem neun Schüler und Studenten gehören) fünf mehrfach gravitationslinsenverstärkte Galaxien, bei denen es sich um einen Baby-Galaxienhaufen zu handeln scheint, der vor etwa 12,1 Milliarden Jahren entstanden ist. Es gibt ein weiteres Dutzend Galaxien, die ebenfalls zu diesem entfernten Haufen gehören könnten.

“Es sind zwar noch weitere Daten erforderlich, um zu bestätigen, daß es sich um 17 Mitglieder dieses Haufens handelt, aber es könnte sein, daß wir Zeugen eines neuen Galaxienhaufens werden, der sich direkt vor unseren Augen bildet, etwas mehr als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall”, so Frye.

In einer letzten Arbeit werden sehr lichtschwache, schmierfleckenartige Galaxien untersucht, die als ultra-diffuse Galaxien bekannt sind. Wie der Name schon sagt, sind die Sterne dieser Objekte, die über den El Gordo-Cluster verstreut sind, weit im Raum verteilt. Das Team identifizierte einige der am weitesten entfernten ultra-diffusen Galaxien, die jemals beobachtet wurden und deren Licht 7,2 Milliarden Jahre unterwegs war, um uns zu erreichen.

“Wir haben untersucht, ob sich diese Galaxien in ihren Eigenschaften von den ultra-diffusen Galaxien unterscheiden, die wir im lokalen Universum sehen, und wir sehen tatsächlich einige Unterschiede. Insbesondere sind sie blauer, jünger, ausgedehnter und gleichmäßiger über den Cluster verteilt. Dies deutet darauf hin, daß ein Leben in der Umgebung des Galaxienclusters in den letzten 6 Milliarden Jahren einen bedeutenden Einfluß auf diese Galaxien hatte”, erklärt Timothy Carleton von der Arizona State University, Hauptautor der vierten Studie.

“Die Gravitationslinseneffekte wurden von Albert Einstein vor mehr als 100 Jahren vorhergesagt. Im El Gordo-Cluster sehen wir die Leistungsfähigkeit der Gravitationslinsen in Aktion”, schloß Rogier Windhorst von der Arizona State University, Leiter des PEARLS-Programms. “Die PEARLS-Bilder von El Gordo sind von außerordentlicher Schönheit. Und sie haben uns gezeigt, wie Webb die Schatztruhe von Einstein öffnen kann.”

Die Arbeit von Frye et al. wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht. Die Arbeit von Kamieneski et al. wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen. Die Arbeit von Diego et al. wurde in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht. Die Arbeit von Carleton et al. wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisa-tion).

El Gordo (NIRCam Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): El Gordo, ACT-CL J0102-4915, SPT-CL J0102-4915
• Objektbeschreibung: Galaxiencluster
• Rektaszension: 01:02:55
• Deklination: -49:15:38
• Sternbild: Phoenix
• Entfernung: Galaxiencluster ist 7,6 Milliarden Lichtjahre (2,3 Milliarden Parsec) entfernt
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 2,3 Bogenminuten (6 Millionen Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F115W, F150W, F200W, F277W, F356W, F444W
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, das vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurde. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F115W + F150W Grün: F200W + F277W Rot: F356W + F444W

Über das Bild: Webb’s Infrarotbild des Galaxienclusters El Gordo (“der Dicke”) zeigt Hunderte von Galaxien, von denen einige noch nie zuvor in dieser Detailtiefe gesehen wurden. El Gordo wirkt wie eine Gravitationslinse und verzerrt und verstärkt das Licht von weit entfernten Hintergrundgalaxien. Zwei der auffälligsten Merkmale auf dem Bild sind “Die Dünne”, die sich direkt unterhalb und links von der Bildmitte befindet, und der Fischhaken, ein rotes Rauschen oben rechts. Beide sind durch den Gravitationslinseneffekt verstärkte Hintergrundgalaxien.

La Flaca und El Anzuelo (NIRCam Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): El Gordo, ACT-CL J0102-4915, SPT-CL J0102-4915, La Flaca, El Anzuelo
• Objektbeschreibung: Galaxiencluster
• Rektaszension: 01:02:55
• Deklination: -49:15:38
• Sternbild: Phoenix
• Entfernung: Galaxiencluster ist 7,6 Milliarden Lichtjahre (2,3 Milliarden Parsec) entfernt
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 2,3 Bogenminuten (6 Millionen Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F115W, F150W, F200W, F277W, F356W, F444W
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, das vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurde. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F115W + F150W Grün: F200W + F277W Rot: F356W + F444W

Über das Bild: Das Infrarotbild von Webb des Galaxienclusters El Gordo (“der Dicke”) zeigt Hunderte von Galaxien, von denen einige noch nie zuvor in dieser Detailtiefe gesehen wurden. El Gordo wirkt wie eine Gravitationslinse und verzerrt und verstärkt das Licht von weit entfernten Hintergrundgalaxien. Zwei der auffälligsten Merkmale auf dem Bild sind “Die Dünne”, hervorgehoben in Kasten A, und der Fischhaken, ein rotes Rauschen in Kasten B. Beide sind durch den Gravitationslinseneffekt verstärkte Hintergrundgalaxien. Die Einschübe auf der rechten Seite zeigen vergrößerte Ansichten der beiden Objekte.

El Gordo (NIRCam Kompass-Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): El Gordo, ACT-CL J0102-4915, SPT-CL J0102-4915
• Objektbeschreibung: Galaxiencluster
• Rektaszension: 01:02:55
• Deklination: -49:15:38
• Sternbild: Phoenix
• Entfernung: Galaxiencluster ist 7,6 Milliarden Lichtjahre (2,3 Milliarden Parsec) entfernt
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 2,3 Bogenminuten (6 Millionen Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F115W, F150W, F200W, F277W, F356W, F444W
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist ein Komposit aus Einzelbelichtungen, das vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurde. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F115W + F150W Grün: F200W + F277W Rot: F356W + F444W

Über das Bild: Das ist ein Bild des Galaxienhaufens El Gordo mit Kompasspfeilen, Maßstabsleiste und Farbschlüssel. Die Kompasspfeile nach Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel an. Beachten Sie, daß die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Vergleich zu den Richtungspfeilen auf einer Karte des Bodens (von oben gesehen) vertauscht ist.

Dieses Bild zeigt unsichtbare Nahinfrarot-Wellenlängen, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewandelt wurden. Der Farbschlüssel zeigt, welche NIRCam-Filter bei der Erfassung des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, die verwendet wird, um das infrarote Licht darzustellen, das durch diesen Filter gelangt.

Tour durch den Galaxiencluster El Gordo

Im Juli 2022 beobachtete NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop El Gordo, einen Galaxiencluster, der 6,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall entstand. Er wurde als der massereichste Galaxiencluster ausgewählt, der zu diesem Zeitpunkt in der kosmischen Geschichte bekannt war. Das resultierende Bild zeigt eine Vielzahl von Galaxien mit Gravitationslinsen, darunter auffällige Objekte mit den Spitznamen “Angelhaken” und “Die Dünne”. Kommen Sie mit uns auf eine Videotour durch dieses neue Infrarotbild von Webb.