Ausschnitt aus dem Hubble Ultra Deep Field mit vielen Galaxien, einige hell hervorgehoben.

Tiefer Blick in junges Universum

Es ist die bislang längste und schärfste Aufnahme des jungen Kosmos im Millimeterbereich: Insgesamt fünfzig Stunden lang richtete ein internationales Forscherteam die 66 Antennen der Teleskopanlage ALMA in der chilenischen Atacama-Wüste auf das legendäre „Hubble Ultra Deep Field“ am Südhimmel. Die extrem tiefe Aufnahme liefert einen Einblick in die Sternentstehung in den ersten Milliarden Jahren nach dem Urknall. Die Wissenschaftler präsentieren erste Ergebnisse der Beobachtungen in einer Serie von sieben Artikeln in den Fachblättern „Astrophysical Journal“ und „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.

„Das ist ein Durchbruch“, sagt Jim Dunlop von der University of Edinburgh, „zum ersten Mal können wir die Hubble-Beobachtungen im sichtbaren Licht und im ultravioletten Bereich mit ALMA-Beobachtungen im Bereich der Millimeterwellen miteinander kombinieren.“ Das insgesamt über elf Tage belichtete Hubble Ultra Deep Field aus dem Jahr 2004 zeigt in einer kleinen, auf früheren Aufnahmen scheinbar leeren Himmelsregion, etwa 10 000 Galaxien – viele davon in großen Entfernungen. Große Entfernungen bedeuten in der Astronomie zugleich einen Blick in die Vergangenheit: Braucht das Licht beispielsweise zehn Milliarden Jahre von einer Galaxie zu uns, so sehen wir sie so, wie sie vor zehn Milliarden Jahren, also im jungen Kosmos knapp vier Milliarden Jahre nach dem Urknall, ausgesehen hat.

Himmelsaufnahme mit vielen großen Galaxien, einige davon zur Markierung eingekreist.
Hubble Ultra Deep Field kombiniert mit ALMA-Beobachtungen

Solche tiefen Aufnahmen bieten daher einen Einblick in die Entstehungsgeschichte von Sternen und Galaxien. Und eben darauf ist auch ALMA, das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, spezialisiert: Der von der Anlage abgedeckte Wellenlängenbereich eignet sich besonders gut zur Beobachtung junger Galaxien im frühen Kosmos. Die ALMA-Aufnahme zeigt, dass in vielen jungen Galaxien im Hubble Ultra Deep Field rasant neue Sterne entstehen. Mehr noch: Die Daten zeigen erstmals, dass die Masse einer Galaxie über die Zahl der neu entstehenden Sterne entscheidet.

Etwa ein Sechstel des Hubble Ultra Deep Field haben die Forscher besonders lange beobachtet, um einen Einblick in die zeitliche Entwicklung der Sternentstehung zu erhalten. „Je weiter wir in die Vergangenheit zurückblicken, umso mehr Gas finden wir in den Galaxien, die wir mit ALMA sehen“, sagt Manuel Aravena von der Universität Diego Portales in Santiago de Chile. „Diese Zunahme an Gasgehalt dürfte der Grund sein für die beachtliche Zunahme der Sternentstehungsraten, die während des Höhepunkts der Galaxienentstehung vor etwa zehn Milliarden Jahre einsetzte.“

Wie diese Entwicklung im Einzelnen ablief, wollen die Astronomen nun mit ALMA weiter entschlüsseln. Im Rahmen eines gerade bewilligten „Large Observation Programs“ soll die Teleskopanlage das Hubble Ultra Deep Field weiter beobachten. Die Beobachtungen sollen unter anderem die Frage beantworten, welche Faktoren die Verfügbarkeit von Wasserstoffgas für die Sternentstehung beeinflussen. „ALMA wird uns die fehlenden Informationen über das Rohmaterial der Sternentstehung für Galaxien im berühmten Hubble Ultra Deep Field liefern“, ist sich Fabian Walter vom Max-Planck-Institut für Astronomie sicher, „das sind wichtige weitere Puzzlestücke für das Rätsel der Sternentstehung in unserem Universum.“