Die Galaxie aus dem „Teenager“-Universum enthüllt zum ersten Mal ihre Wasserkarte

Die Galaxie J1135 befindet sich 12 Milliarden Lichtjahre entfernt und scheint weniger als 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall entstanden zu sein.

Zum ersten Mal gelang es Wissenschaftlern, eine Karte der Wasserverteilung in einer Galaxie zu erstellen, die existierte, als das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum noch ein kosmischer Teenager war.

Die Galaxie mit der Bezeichnung J1135 befindet sich etwa 12 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und wird daher als weniger als 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall angesehen.

Die Wasserkarte von J1135, die im Rahmen einer vom Galaxy Observational and Theoretical Astrophysics (GOThA)-Team durchgeführten Studie der Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) erstellt wurde, verfügt ebenfalls über eine beispiellose Auflösung, die noch nie dagewesene Dynamiken früher Universumsgalaxien offenbaren könnte .

Obwohl Wasser ein wesentlicher Bestandteil des Lebens ist, hat seine Präsenz im Universum einen Zweck, der über die Suche nach bewohnbaren Regionen hinausgeht. Wissenschaftler können die Verteilung des Wassers in einer Galaxie nutzen, um die kosmische Geschichte bestimmter darin ablaufender Prozesse zu erzählen. Denn wenn Wasser seinen Zustand von Eis zu Dampf ändert, weist es auf Bereiche mit erhöhter Energie hin, in denen Sterne oder sogar Schwarze Löcher entstehen. Kurz gesagt bedeutet dies, dass die Entdeckung von Wasserdampf in einer bestimmten Region einer Galaxie darauf hindeutet, dass dort etwas sehr Wichtiges geschieht.

„Wasser kann nicht nur auf der Erde, sondern überall im Weltraum und in verschiedenen Staaten gefunden werden“, sagte Francesca Perrotta, Hauptautorin der Studie und SISSA-Forscherin, in einer Erklärung. „In Form von Eis findet sich Wasser beispielsweise in sogenannten Molekülwolken, dichten Regionen aus Staub und Gas, in denen Sterne entstehen.“

„Wasser wirkt wie ein Mantel“, fuhr Perrotta fort, „der die Oberfläche interstellarer Staubkörner bedeckt, die die Bausteine ​​dieser Molekülwolken und die Hauptkatalysatoren der Molekülbildung im Weltraum bilden.“ Verwandte Themen: Das James Webb-Weltraumteleskop findet Wasser im Super -heiße Atmosphäre eines Exoplaneten

Perrotta erklärte auch, dass es Zeiten gibt, in denen etwas die Stille und Kälte dieser Molekülwolken durchbricht, etwa eine Sternentstehung, die Wärme freisetzt, oder ein Schwarzes Loch, das beginnt, sich an umgebender Materie zu ernähren, die wiederum Energie abgibt.

Die Strahlung dieser störenden Quellen erhitzt gefrorenes Wasser und führt dazu, dass es sich während eines Prozesses namens Sublimation direkt in eine gasförmige Form, auch Wasserdampf genannt, umwandelt. Wenn dieser Wasserdampf dann abkühlt, sendet er Infrarotlicht aus, das Astronomen beobachten können.

„Astrophysiker können diese Wasserdampfemission dann beobachten, um die Regionen der Galaxie zu kartieren, in denen Energie produziert wird, und uns so beispiellose Einblicke in die Entstehung von Galaxien geben“, sagte Perrotta.

Diese Emissionsdaten können auch mit der Kartierung bestimmter Moleküle wie Kohlendioxid kombiniert werden, um noch mehr darüber zu erfahren, wie Galaxien im Laufe der Zeit zusammenkommen.

Aber die Beobachtung früher Galaxien wie J1135 wäre ohne ein wenig Hilfe eines Phänomens, das erstmals in Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde und „Gravitationslinse“ genannt wird, nicht möglich.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie von 1915 sagt grundsätzlich voraus, dass Objekte mit Masse einen verzerrenden Effekt auf das Gefüge von Raum und Zeit haben, wobei davon ausgegangen wird, dass Zeit in höheren Dimensionen greifbar ist. Dies ähnelt der 2D-Analogie kugelförmiger Gewichte, die auf einer gespannten Gummiplatte platziert werden und Dellen im Stoff verursachen. So wie Gewichte mit größerer Masse eine stärkere Krümmung der Raumzeit verursachen, verursachen kosmische Objekte mit größerer Masse eine stärkere Krümmung der Raumzeit. Allerdings geschieht die Verzerrung der Raumzeit in Wirklichkeit aufgrund des Zeitbits in 4D.

Diese Krümmung führt nicht nur zu dem, was wir als Schwerkraft kennen, sondern auch zu einem wirklich interessanten Phänomen im Zusammenhang mit Licht.

Wenn Licht von einer Hintergrundquelle – beispielsweise einem alten Stern – die Raumzeitkrümmung passiert, die von einer massereichen Galaxie zwischen dieser Hintergrundquelle und der Erde erzeugt wird, hängt die Krümmung des Lichtwegs am dazwischenliegenden Objekt vorbei davon ab, wie nahe es der Warp kommt. Dies bedeutet letztendlich, dass das Licht desselben Objekts zu unterschiedlichen Zeiten bei unseren Teleskopen eintreffen kann.

Dadurch kann das gleiche Hintergrundobjekt nicht nur an mehreren Stellen in einem einzigen Bild erscheinen, sondern durch den Effekt auch vergrößert werden, weshalb diese dazwischen liegenden Objekte als „Gravitationslinsen“ bezeichnet werden.

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Das Phänomen wurde vom James Webb Space Telescope (JWST) mit großem Erfolg genutzt, da das Instrument die frühesten Galaxien beobachtet hat, die die Menschheit jemals gesehen hat. Und was für die neue Studie wichtig ist, war, dass sie auch maßgeblich an der Entdeckung von J1135 beteiligt war.

Indem er Wissenschaftlern dabei hilft, die Wasserverteilung von J1135 zu bestimmen, ist der Gravitationslinseneffekt auch zu einem integralen Bestandteil des Verständnisses geworden, wie sich diese Galaxie in den Teenagerjahren des Universums entwickelte. Im Zuge der weiteren Erforschung dieser Galaxie wird das Team hoffentlich ein besseres Bild dieses Übergangs liefern können.

„Es ist noch nicht klar, wie Galaxien entstehen. Es gibt mindestens zwei mögliche Szenarien, die nicht unbedingt alternativ sind: Das eine sieht die Ansammlung kleiner Galaxien zu größeren, und das andere sieht die Entstehung von Sternen vor Ort“, sagte Perrotta. „Studien wie unsere helfen uns zu verstehen, was speziell in dieser Galaxie passiert, aber wir können möglicherweise auch allgemeinere Informationen daraus ableiten.“

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 19. Juli im Astrophysical Journal veröffentlicht.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist im Vereinigten Königreich, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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