DU016 - Die Galaxie am Anfang des Universums

Das Universum

Weiter entfernt als alles andere

DU016 - Die Galaxie am Anfang des Universums

Weiter entfernt als alles andere

Nachdem wir zu Beginn ein bisschen über die Verteidigung der Erde vor bösartigen Asteroiden sprechen, geht es weiter zur Hauptgeschichte: Diesmal durchqueren wir beinahe das ganze beobachtbare Universum und sehen uns eine Galaxie an, die schon existierte als das Universum erst ein paar hundert Millionen Jahre alt war. Und wer nicht weiß, wie man solche Objekte überhaupt entdecken kann, weiß das nach unseren Erklärungen hoffentlich nicht mehr nicht. Natürlich gibt es auch wieder Antworten auf Fragen. Unter anderem klären wir, wie man durch die Erde hindurch fällt und warum Jupiter kein Stern ist.

Einleitung: Neue Gefahren aus dem Weltraum?

Droht uns schon wieder eine neue Gefahr aus den weiten des Alls? Wie immer ist es bei solchen Schlagzeilen überhaupt nicht so dramatisch wie es sich anhört. Bei dieser neuen “Verteidigungsmission” gegen Gefahren aus dem All handelt es sich um eine ältere und nun etwas abgeändert stattfindende Mission namens AIDA. Die erste Phase der Mission namens “Dart” startet 2021 und soll auf den Mond des Asteroiden Didymos “drauf klatschen”, um seine Umlaufbahn zu ändern. 2024 wird dann die “HERA” Mission zu Didymos fliegen und nachschauen ob es auch funktioniert hat.

Mehr Informationen zu den Themen der Einleitung:

Über die Konferenz bei der die Rettung der Welt vor einem Asteroideneinschlag durchgespielt wird, könnt ihr mehr lesen und hören

Den YORP-Effekt hat Florian in diesem Podcast erklärt

Mehr zur AIDA/DART-Mission gibt es hier zu lesen

Den Asteroid Didymos und seinen Mond könnt ihr in diesem Podcast genauer kennenlernen

Astro-Geschichte: Die Galaxie am Anfang des Universums

Today, we boldly go where no man or woman has gone before. Und zwar einmal quer durch das beobachtbare Universum und auf dessen andere Seite, wo wir die Galaxie GN-z11 gefunden haben: Die bislang am weitesten entfernte bekannte Galaxie im Universum. Diese Galaxie lebt - so wie wir sie beobachten - in einem nur circa 400 Mio Jahre alten Universum und ist selber nur knapp 100 Millionen Jahre alt. Das Licht, das wir hier beobachten war unvorstellbare 13,4 Mrd Jahre bis zu uns unterwegs. Aber wie um alles in der Welt haben wir diese Galaxie gefunden?

Wir besprechen die mühsame Suche nach Kandidaten-Galaxien in sogenannten “Deep Surveys”, wie z.B dem berühmten Hubble Deep Field, und wie die Technik der photometrischen Rotverschiebungen zur Entfernungsbestimmung funktioniert. Die meisten der mittlerweile bekannten, extrem weit entfernten Galaxien wurden im sogenannten GOODS-Survey entdeckt, in dem neben dem Hubble auch die meisten anderen großen Observatorien das gleiche Stückchen Himmel beobachten, um so viele Daten wie möglich von diesen Galaxien zu sammeln.

GN-z11 wurde so schon 2016 als potentiell entfernteste Galaxie identifiziert, aber erst jetzt ist es einem Forscher*innenteam gelungen, die Rotverschiebung (und damit die Entfernung) der Galaxie spektroskopisch nachzuweisen (siehe “Evidence for GN-z11 as a luminous galaxy at redshift 10.957”). Dabei wurde auch gleich das Alter und die Masse der Sterne in der Galaxie bestimmt. Das Ergebnis: GN-z11 ist für ihr junges Alter schon erstaunlich massereich und hätte dementsprechend in dem Survey eigentlich gar nicht gefunden werden. Sind solche massereichen Galaxien im jungen Universum also viel häufiger als bisher gedacht, oder war es einfach nur ein glücklicher Zufall? Wir wissen es nicht und müssen für die Antwort auf das neue Weltraumteleskop (das “James Webb Space Telescope”) warten, das im Oktober 2021 gestartet werden soll und mit dem höchstwahrscheinlich viele dieser “ersten” Galaxien aufgestöbert werden können. Und wer James Webb war diskutieren wir natürlich auch noch!

Mehr Informationen zu den Themen der Geschichte:

Hier sehr ihr das Bild der Galaxie und das aufgenommene Spektrum mit den beiden Kohlenstoff-Emssionslinien.

Die GOODS-Webseite ist leider sehr schlecht, aber auf Wikipedia gibt es ein paar schöne Bilder des GOODS Surveys

Wie das mit der Rotverschiebung und den Entfernungen im Universum funktioniert, könnte ihr hier nachlesen und auch nochmal in der Kosmologie-Spezialfolge nachhören.

Das Hubble Deep Field hat Florian in dieser Podcastfolge ausführlich vorgestellt.

Eine kurze (und schlecht layoutete) Biografie von James Webb findet ihr bei der NASA

Fragen aus der Hörerschaft

Die erste Frage heute passt zum Thema und kommt von Meik, der sich fragt, was für ein Bild professionelle Astronomen von der “Geometrie” des Universums haben: ”Wenn ich einen Stern (in unserem Fall eine Galaxie) sehe, der 13,5 Milliarden Jahre entfernt ist, dann muss ich doch auch bedenken, dass das Universum zu dieser Zeit noch viiiel kleiner war … wieso hat dann das Licht trotzdem so lange bis zu uns gebraucht? Damals war der Abstand doch noch gar nicht so groß, oder?”

Ja, das Licht musste sich quasi "gegen den Strom", also gegen die Expansion des Universums vorkämpfen (Danke an Kay für die schöne Analogie vom Schwimmer, der im Fluss gegen den Strom anschwimmt). Als die Sterne in GN-z11 ihr Licht aussandten, war die Galaxie knapp 3 Mrd Lichtjahre von uns entfernt. Während das Licht unterwegs war, hat sich der Raum, den das Licht durchqueren musste, ausgedehnt - und zwar umso schneller je länger das Licht schon unterwegs war, da ja mit der Zeit mehr und mehr Raum da ist. Nach 13,4 Mrd ist das Licht dann endlich bei uns angekommen. Mittlerweile ist diese Galaxie übrigens etwa 30 Mrd Lichtjahre von uns entfernt!

Lucas bezieht sich auf die Kosmologie-Spezialfolge, in der wir darüber gesprochen haben, dass es die Urknalltheorie natürlich infrage stellen würde, wenn man ein Objekt älter als 13,8 Mrd. Jahre fände. Seine konkrete Frage ist nun: ”Wie würde man das Alter dieses Objekts feststellen können?”

Gn-z11 ist hier ein gutes Beispiel. Das Universum war zum Beobachtungszeitpunkt erst 400 Millionen Jahre alt. Wenn aber nun das beobachtete Spektrum dieser Galaxie eine Form hätte, die auf die Anwesenheit von älteren Sternen hindeutet, hätten wir ein Problem. Glücklicherweise hat GN-z11 aber ein sehr steiles UV-Spektrum, was sich nur mit sehr jungen Sternen erklären lässt.

Peter und Johannes möchten beide wissen was passiert, wenn sie durch einen tiefen Schacht durch das Zentrum der Erde fallen würden. Peter fragt konkret: ”…wie weit fällt man hinein und wie verläuft die Kurve der Fallgeschwindigkeit?” Johannes geht da noch weiter und schreibt: ”Fiele man durch diesen Schacht in Richtung Erdmittelpunkt, würde man frei schwebend im Zentrum des Planeten zur Ruhe kommen, da sich ja alle Gravitationskräfte des Planeten (theoretisch) dort aufheben sollten?”

Florian weist auf die Schwierigkeiten hin, die sich beim Bau eines solchen Tunnels ergeben würden, beantwortet die Frage dann aber dann doch, rein hypothetisch, im Vakuum und unter sonstigen unrealistischen Bedingungen: Nach dem Sprung in den Tunnel würde die Fallgeschwindigkeit zunehmen, bis genau im Erdmittelpunkt die Maximalgeschwindigkeit erreicht ist. Danach verlangsamt sich der Flug, bis ihr genau auf der anderen Seite (kein Meer) wieder gemütlich mit einem kleinen Schritt auf die Erdoberfläche steigen könntet. Oder nicht aussteigen und oszillieren! Mehr dazu gibt es in diesem Artikel bei Spektrum.de.

”Korbinian” möchte auch noch wissen: _“Warum fallen Gasriesen nicht in sich zusammen? Wird die Temperatur durch Radioaktivität oder Sonneneinstrahlung gehalten, oder würden sie zu Gaszwergen kollabieren, wenn man nur lang genug wartet?

Die Gasriesen bleiben Gasriesen durch den Druck, den ihre Temperatur erzeugt, die wiederum durch ihre Eigengravitation aufrechterhalten wird - das ganze nennt man dann hydrostatisches Gleichgewicht. Kleiner werden sie nur wenn ihnen etwas arges zustößt - Migration, Kollision, usw.

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