Abenteuer Astronomie

Ein neuer Rekord für die grösste spektroskopisch eindeutig gemessene Rotverschiebung einer Galaxie ist mit dem japanischen Subaru-Teleskop auf dem Mauna Kea aufgestellt worden: z = 6,964 hat das Objekt mit der Bezeichnung IOK-1, was nach der heute allgemein akzeptierten Kosmologie bedeutet, dass wir es zu einem Zeitpunkt nur 750 Millionen Jahre nach dem Urknall sehen bzw. als die Welt nur 6% ihres heutigen Alters hatte (Iye et al., Nature 443 [14.9.2006] 186-8). Die Entdeckung gelang dank der starken ultravioletten Lyman-Alpha-Emission des Wasserstoffs in IOK-1, dessen Wellenlänge durch die kosmische Expansion auf 968 nm im nahen Infraroten gestreckt wird: Damit fällt sie in ein schmales Fenster, wo Hydroxyl in der Erdatmosphäre relativ wenig abstrahlt, und in den 20 nm-Durchlass eines speziellen Filters um 973 nm, der speziell für die Suche nach Lyman-Alpha-strahlenden Galaxien mit Rotverschiebungen um 7 konstruiert wurde.

15 Stunden lang war im März 2005 ein 876 Quadratbogenminuten große;s Himmelsfeld belichtet worden, in dem 41 533 Objekte erschienen – die aber bis auf zwei auch auf breitbandigen Bildern mit kürzerer Wellenlänge gefunden wurden. Bei IOK-1 gelang dann mit demselben 8-m-Teleskop die Aufnahme eines Spektrums mit einer eindeutigen Lyman-Alpha-Linie (aus deren Intensität eine stattliche Sternbildungsrate von 10 Sonnenmassen/Jahr folgt), während am Ort von IOK-2 nichts zu finden war: Vielleicht war das nur Rauschen gewesen. Während der Rotverschiebungsrekord an sich ganz nett ist (vor 20 Jahren lag er noch bei 2; Hogan, ibid. 128-9), liegt der eigentliche Befund aber in der Tatsache, dass selbst die tiefe Aufnahme Subarus nur diese eine Galaxie zeigt. Zu erwarten gewesen wären 3 bis 10, wenn es bei z=7,0 so viele Galaxien wie bei z=6,6 gäbe: ein Indiz, dass der der Blick der optischen Astronomie inzwischen bis hinter jene Ära zurückreicht, in der die Galaxienbildung – vermutlich durch Verschmelzungen kleinerer Vorgänger – mit Macht einsetzte.

Dazu passt auch eine ganz andere Untersuchung, die u.a. auf dem Hubble Ultra Deep Field basiert und bei der die Rotverschiebungen ferner Galaxien anhand ihrer Farben abgeschätzt wurden (»photometrische Rotverschiebung«): Statt zehn zu erwartender Galaxien bei 7 < z < 8 (ca. 700 Mio. Jahre nach dem Urknall) wurde gerade einmal eine einzige gefunden, bzw. nach einem weniger konservativen Auswahlkriterium vier Kandidaten, während 17 zu erwarten waren, wenn sie dieselbe Raumdichte wie bei z=6 – nur 200 Mio. Jahre später – hätten (Bouwens & Illingworth, ibid. 189-92). Die einfachste Erklärung für den Galaxienmangel zum früheren Zeitpunkt: Das Universum war bei z=7-8 »einfach zu jung, um schon viele leuchtkräftige [Galaxien-]Systeme gebaut zu haben.« Erst künftige Instrumente im Weltraum wie die für Hubble geplante Wide-Field Camera 3 und das James Webb Space Telescope dürften allerdings in der Lage sein, die Prozesse der ersten Galaxienbildung in den ersten 500 Mio. Jahren wirklich klären können.