Dieser Fund ist ein großer Zeitsprung im Vergleich zum vorherigen Einzelstern-Rekordhalter; 2018 von Hubble entdeckt . Dieser Stern existierte, als das Universum etwa 4 Milliarden Jahre alt war, oder 30 Prozent seines heutigen Alters, zu einer Zeit, die Astronomen als „Rotverschiebung 1,5“ bezeichnen. Wissenschaftler verwenden das Wort „Rotverschiebung“, weil das Licht von entfernten Objekten bei der Ausdehnung des Universums gestreckt oder zu längeren, röteren Wellenlängen „verschoben“ wird, wenn es auf uns zukommt.
Aber der neu entdeckte Stern ist so weit entfernt, dass sein Licht 12,9 Milliarden Jahre gebraucht hat, um die Erde zu erreichen, und erscheint uns so, als hätte das Universum nur 7 Prozent seines aktuellen Alters, bei einer Rotverschiebung von 6,2. Die kleinsten Objekte, die bisher in so großer Entfernung gesehen wurden, sind Sternhaufen, eingebettet in frühe Galaxien.
„ Wir haben es zuerst fast nicht geglaubt, es war so viel weiter als der zuvor am weitesten entfernte Stern mit der höchsten Rotverschiebung “, sagte Astronom Brian Welch von der Johns Hopkins University in Baltimore, Hauptautor der Abhandlung, die die Entdeckung beschreibt veröffentlicht in der Zeitschrift Nature. Die Entdeckung wurde anhand von Daten gemacht, die während des RELICS-Programms (Reionization Lensing Cluster Survey) von Hubble unter der Leitung von Co-Autor Dan Coe vom Space Telescope Science Institute (STScI) gesammelt wurden.
„ Normalerweise sehen ganze Galaxien aus diesen Entfernungen wie kleine Flecken aus, in denen sich das Licht von Millionen von Sternen vermischt “, sagte Welch. „ Die Galaxie, die diesen Stern beherbergt, wurde durch Gravitationslinsen vergrößert und zu einer langen Sichel verzerrt, die wir Sonnenaufgangsbogen genannt haben.” Nachdem er die Galaxie im Detail studiert hatte, stellte Welch fest, dass ein Merkmal ein extrem vergrößerter Stern ist, den er Earendel nannte, was auf Altenglisch „Morgenstern“ bedeutet. Die Entdeckung verspricht, eine unerforschte Ära der sehr frühen Sternentstehung zu eröffnen.
Die gesamte Szene wird durch die verzerrte Linse betrachtet, die von einem massiven Galaxienhaufen im dazwischen liegenden Raum erzeugt wird, wodurch die Merkmale der Galaxie sichtbar werden, aber auch ihr Aussehen verzerrt wird – ein Effekt, den Astronomen als
Gravitationslinseneffekt bezeichnen.
Die roten Punkte auf beiden Seiten von Earendel sind ein Sternhaufen, der auf beiden Seiten der Welle gespiegelt wird, ein Ergebnis der Gravitationslinsenverzerrung.
Die gesamte Galaxie, Sonnenaufgangsbogen genannt, erscheint dreimal, und Knoten entlang ihrer Länge sind stärker gespiegelte Sternhaufen.
Die einzigartige Position von Earendel direkt entlang der Linie der extremsten Vergrößerung ermöglicht es, sie zu erkennen, obwohl es sich nicht um einen Cluster handelt.
Mit dieser Beobachtung hat das Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA einen außergewöhnlichen neuen Maßstab gesetzt: die Erkennung des Lichts eines Sterns, der innerhalb der ersten Milliarde Jahre nach der Geburt des Universums im Urknall existierte (bei einer Rotverschiebung von 6,2) – dem am weitesten entfernten Einzelstern je gesehen.
Damit wird ein Hauptziel für das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA in seinem ersten Jahr geschaffen.
„ Earendel existierte vor so langer Zeit, dass es möglicherweise nicht die gleichen Rohstoffe hatte wie die Sterne um uns heute “, erklärte Welch. „ Das Studium von Earendel wird ein Fenster zu einer Ära des Universums sein, mit der wir nicht vertraut sind, die aber zu allem führte, was wir wissen. Es ist, als hätten wir ein wirklich interessantes Buch gelesen, aber wir haben mit dem zweiten Kapitel begonnen, und jetzt haben wir die Möglichkeit zu sehen, wie alles angefangen hat “, sagte Welch.
„ Es gibt eine langjährige theoretische Vorhersage, dass Sterne, die sich ausschließlich aus den Elementen bilden, die kurz nach dem Urknall entstanden sind – Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium – massereicher sein sollten als die Sterne, die sich heute bilden “, fügte ein Teammitglied hinzu Erik Zackrisson vom Institut für Physik und Astronomie der Universität Uppsala in Schweden. „ Diese Ursterne, bekannt als Population-III-Sterne, sind Beobachtern bisher entgangen, könnten aber erkennbar gemacht werden, wenn sie einer sehr starken Vergrößerung durch Gravitationslinsen ausgesetzt werden, wie im Fall des Earendel-Objekts. ”
Das Forschungsteam schätzt, dass Earendel mindestens die 50-fache Masse unserer Sonne und Millionen Mal so hell ist und damit mit den massereichsten bekannten Sternen konkurriert. Aber selbst ein so brillanter, sehr massereicher Stern wäre ohne die Hilfe der natürlichen Vergrößerung durch einen riesigen Galaxienhaufen, in diesem Fall bekannt als WHL0137-08, der zwischen uns und Earendel sitzt, unmöglich in einer so großen Entfernung zu sehen. Die Masse des Galaxienhaufens verzerrt das Gewebe des Weltraums und erzeugt ein starkes natürliches Vergrößerungsglas, das das Licht entfernter Objekte dahinter verzerrt und stark verstärkt.
Dank der seltenen Ausrichtung mit dem vergrößernden Galaxienhaufen erscheint der Stern Earendel direkt auf oder extrem nahe an einer Welle im Weltraumgewebe. Diese Welligkeit, die in der Optik als „Caustic“ bezeichnet wird, sorgt für maximale Vergrößerung und Aufhellung. Der Effekt ist analog zu der geriffelten Oberfläche eines Swimmingpools, die an einem sonnigen Tag helle Lichtmuster auf dem Beckenboden erzeugt. Die Wellen auf der Oberfläche wirken wie Linsen und bündeln das Sonnenlicht mit maximaler Helligkeit auf dem Beckenboden.
Dieses Ätzmittel lässt den Stern Earendel aus dem allgemeinen Leuchten seiner Heimatgalaxie herausspringen. Seine Helligkeit wird tausendfach oder mehr vergrößert. An diesem Punkt können Astronomen nicht feststellen, ob Earendel ein Doppelstern ist, aber die meisten massereichen Sterne haben mindestens einen kleineren Begleitstern.
Bestätigung mit Webb
Astronomen erwarten, dass Earendel in den kommenden Jahren stark vergrößert bleiben wird. Es wird später im Jahr 2022 vom NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope [1] beobachtet [2] . Webbs hohe Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht wird benötigt, um mehr über Earendel zu erfahren, da sein Licht durch die Expansion des Universums zu längeren Infrarotwellenlängen gestreckt (rotverschoben) wird.
„ Die Bilder und Spektren von Webb werden es uns ermöglichen, zu bestätigen, dass Earendel tatsächlich ein Stern ist, und sein Alter, seine Temperatur, Masse und seinen Radius einzugrenzen “, erklärte Teammitglied Jose Maria Diego vom Instituto de Física de Cantabria in Spanien. „ Die Kombination von Beobachtungen von Hubble und Webb wird es uns ermöglichen, auch etwas über Mikrolinsen im Galaxienhaufen zu lernen, die exotische Objekte wie primordiale Schwarze Löcher enthalten könnten. ”
Earendels Zusammensetzung wird für Astronomen von großem Interesse sein, da sie entstand, bevor das Universum mit den schweren Elementen gefüllt war, die von aufeinanderfolgenden Generationen massereicher Sterne produziert wurden. Wenn Folgestudien ergeben, dass Earendel nur aus Urwasserstoff und Helium besteht, wäre dies der erste Beweis für die legendären Sterne der Population III, von denen angenommen wird, dass sie die allerersten Sterne sind, die nach dem Urknall entstanden sind. Obwohl die Wahrscheinlichkeit gering ist, gibt Welch zu, dass sie dennoch verlockend ist.
„ Mit Webb könnten wir Sterne sehen, die noch weiter entfernt sind als Earendel, was unglaublich aufregend wäre “, sagte Welch. „ Wir gehen so weit zurück, wie wir können. Ich würde gerne sehen, wie Webb den Streckenrekord von Earendel bricht. ”
Anmerkungen
[1] Webb wurde im Dezember 2021 mit einer Ariane-5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana gestartet und wurde entwickelt und gebaut, um Wissenschaftlern die Fähigkeiten zu bieten, die sie benötigen, um die Grenzen des Wissens in vielen Bereichen der Astronomie zu erweitern. Dazu gehört die Erforschung unseres eigenen Sonnensystems, der Entstehung von Sternen und Planeten (einschließlich Planeten außerhalb unseres Sonnensystems – Exoplaneten) und der Entstehung und Entwicklung von Galaxien auf eine nie zuvor mögliche Weise. Das James-Webb-Weltraumteleskop ist ein internationales Projekt, das von der NASA in Partnerschaft mit der ESA und der Canadian Space Agency geleitet wird. Hier können Sie sich über ESA/Webb-Updates auf dem Laufenden halten .
[2] Earendel wird im Rahmen des Beobachtungsprogramms Nr. 2282 mit dem James-Webb-Weltraumteleskop beobachtet .
Quelle: https://esahubble.org/news/heic2203/
Ein Verstärker für Sternlicht
Einzelne Sterne in weit entfernten Galaxien zu entdecken, ist selbst mit lichtempfindlichen Teleskopen schwierig. Unmöglich ist es aber nicht. Befindet sich zwischen der Galaxie und der Erde nämlich ein massereicher Galaxienhaufen, so wird das Licht der Galaxie wie von einer Linse abgelenkt und gebündelt. Die Galaxie kann dadurch 10- bis 100-mal heller erscheinen, als sie es tatsächlich ist. Das Licht von individuellen Sternen in der Galaxie kann sogar noch mehr verstärkt werden, wenn sie sich zur richtigen Zeit am richtigen Ort befinden.
Auf diese Weise wurde im Jahr 2016 ein Stern in einer Rekorddistanz von 9 Milliarden Lichtjahren entdeckt. Sein Licht machte sich also auf den Weg, als das Universum etwa ein Drittel seines heutigen Alters von 13,8 Milliarden Jahren erreicht hatte. Wie eine Modellierung ergab, war das Licht des Sterns kurzzeitig um das 2000-Fache verstärkt worden. Nur deshalb wurde er für das Hubble-Teleskop sichtbar.
Bei Earendel scheinen die Verhältnisse noch extremer zu sein. Der Stern gehört zu einer Galaxie, die 12,9 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Auf der Aufnahme des Hubble-Teleskops sieht die Galaxie nicht wie eine normale Galaxie aus, sondern wie ein langgestreckter Bogen. Dieses Zerrbild ist ein sicheres Indiz dafür, dass das Licht der Galaxie auf dem Weg zur Erde von einer Gravitationslinse abgelenkt wurde.
Die Arbeitsgruppe um Brian Welch von der Johns Hopkins University in Baltimore hat diese Gravitationslinse modelliert und schätzt, dass das Licht von Earendel um einen Faktor 1000 bis 40 000 verstärkt wurde. Die grosse Unsicherheit rührt daher, dass die Forscher nicht genau angeben können, wie weit Earendel von einem der Punkte entfernt ist, an denen mit einer maximalen Lichtverstärkung zu rechnen ist. Dieser Abstand muss jedoch klein sein. Denn andernfalls würde die Gravitationslinse ein Doppelbild des Sterns erzeugen. Davon ist auf der Aufnahme des Hubble-Teleskops nichts zu erkennen.
Sternhaufen oder einzelner Stern?
Bleibt die Frage, ob es sich bei Earendel tatsächlich um einen individuellen Stern oder um eine Gruppe von Sternen handelt, die das Hubble-Teleskop nicht auflösen kann. Letzteres hält die Gruppe um Welch für unwahrscheinlich. Denn der Radius des Objekts ist zu klein für einen Sternhaufen. Die Forscher gehen deshalb davon aus, dass es sich bei Earendel um einen Einzelstern mit 40 bis 500 Sonnenmassen handelt. Mit dieser Masse ist er – auch ohne die Lichtverstärkung durch den Gravitationslinseneffekt – um ein Millionenfaches heller als unsere Sonne.
Damit sind die Astronomen mit ihrem Latein allerdings weitgehend am Ende. Um Earendel genauer charakterisieren zu können, müsste man analysieren, aus welchen Farben sich sein Licht zusammensetzt. Dazu ist das Hubble-Teleskop nicht in der Lage. Deshalb hat die Gruppe um Welch den Antrag gestellt, den Stern mit dem James-Webb-Teleskop beobachten zu können. Dabei wird es nicht bleiben. Da das James-Webb-Teleskop noch lichtempfindlicher ist als das Hubble-Teleskop, wird man vermutlich bald Sterne finden, die noch früher existierten als Earendel.
Quelle: https://www.nzz.ch/wissenschaft/earendel-hubble-teleskop-entdeckt-weit-entfernten-stern-ld.1676823
Earendel ist ein Vorgeschmack was dass James Webb Teleskop mit seiner Empfindlichkeit bzw. Leistung, mehrmals übertreffen wird, Earendel uns seinen eigenen Entdeckungen.
12,9 Milliarden Jahre zurück ist noch lange nicht das Ende der Messlatte, da werden Forscher/rinnen noch oft die Fachbücher in den nun kommenden Jahren umschreiben müssen.
Toll das wir endlich das James-Webb Teleskop im All haben für noch mehr neue Entdeckungen.
Christian Dauck
Christian Dauck 