Pressemitteilung

MUSE taucht in bisher unbekannte Tiefen des Hubble Ultra Deep Field

Tiefste je durchgeführte spektroskopische Durchmusterung abgeschlossen

29. November 2017

Astronomen haben mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile die bisher tiefste spektroskopische Durchmusterung durchgeführt. Sie konzentrierten sich dabei auf das Hubble Ultra Deep Field, in dem sie Entfernungen und Eigenschaften von 1600 sehr lichtschwachen Galaxien gemessen haben. Dazu zählen auch 72 Galaxien, die nie zuvor beobachtet worden waren, auch mit dem Hubble-Weltraumteleskop nicht. Dieser bahnbrechende Datensatz hat bereits zu 10 wissenschaftlichen Fachartikeln geführt, die in einer Sonderausgabe von Astronomy & Astrophysics veröffentlicht werden. Diese Fülle an neuen Informationen gibt Astronomen einen Einblick in die Sternentstehung im frühen Universum und ermöglicht ihnen, die Bewegungen und andere Eigenschaften früher Galaxien zu untersuchen — was nur durch die einzigartigen spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE möglich war.

Das MUSE-HUDF-Survey-Team unter der Leitung von Roland Bacon von der Universität Lyon (CRAL, CNRS) in Frankreich hat mit dem Instrument MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) das Hubble Ultra Deep Field (heic0406) beobachtet, eine sehr gut erforschte Himmelregion im südlichen Sternbild Chemischer Ofen (lat. Fornax). Herausgekommen sind die tiefsten spektroskopischen Beobachtungen, die je gemacht wurden: Für 1600 Galaxien wurden präzise spektroskopische Informationen gesammelt, zehnmal so viele wie in den letzten zehn Jahren mit bodengebundenen Teleskopen in diesem Bereich mühsam untersucht worden waren.

Die originalen HUDF-Bilder, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA aufgenommen wurden, waren bahnbrechend auf dem Bereich der Deep-Field-Beobachtungen, als sie 2004 veröffentlicht wurden. Auf den Aufnahmen ließ sich tiefer als je zuvor ins Universum blicken, und was zum Vorschein kam war nicht nur eine Vielzahl an Galaxien, sondern es war vor allem auch ein Blick zurück in die Vergangenheit, als das Universum noch nicht einmal eine Milliarde Jahre alt war. Das Gebiet wurde später noch viele weitere Male von Hubble und anderen Teleskopen beobachtet und heraus kam die bis heute tiefste Aufnahme des Universums [1]. Trotz der Tiefe der Hubble-Beobachtungen hat MUSE nun – abgesehen von vielen weiteren Ergebnissen – 72 Galaxien zu Tage gebracht, die nie zuvor in diesem kleinen Bereich des Himmels beobachtet wurden.

Hierzu meint Roland Bacon: „MUSE kann etwas, was Hubble nicht kann – in jedem Punkt im Bild teilt es das Licht in seine Farbkomponenten auf und erzeugt ein Spektrum. Das ermöglicht uns, die Entfernung, Farben und andere Eigenschaften all dieser Galaxien zu messen, die wir sehen können – einschließlich derer, die für Hubble unsichtbar waren.“

Die MUSE-Daten liefern einen neuen Blick auf dunkle, sehr weit entfernte Galaxien, die wir zu einem Zeitpunkt sehen, als das Universum vor  gut 13 Milliarden Jahren gerade erst entstanden war. Das Instrument hat in dem bereits gut untersuchten Gebiet Galaxien entdeckt, die 100 Mal lichtschwächer sind als jene in früheren Untersuchungen, was unser Verständnis über Galaxien jeden Alters verbessern wird.

Die Untersuchung brachte 72 Galaxien-Kandidaten zutage, die man als Lyman-alpha-Emitter bezeichnet, da sie nur im Lyman-alpha-Licht leuchten [2]. Unser derzeitiges Verständnis der Sternentstehung reicht nicht aus, um diese Galaxien, die nur in dieser einen Farbe zu leuchten scheinen, vollständig erklären zu können. Diese Objekte kamen nur zum Vorschein, weil MUSE das Licht in nach Farben bzw. Wellenlängen auflöst, auf tiefen Direktaufnahmen wie die von Hubble bleiben sie jedoch unsichtbar.

„MUSE hat die einzigartige Fähigkeit, Informationen über einige der frühesten Galaxien im Universum zu extrahieren – sogar in einem Teil des Himmels, der bereits sehr gut untersucht ist“, erklärt Jarle Brinchmann, der an der Universität Leiden in den Niederlanden und am Institute of Astrophysics and Space Sciences am CAUP in Porto in Portugal arbeitet und Erstautor eines der Fachartikel ist, die die Ergebnisse der Untersuchung präsentieren. „Wir lernen Dinge über diese Galaxien, die nur mit Spektroskopie möglich sind, wie die chemische Zusammensetzung und innere Bewegungen – nicht Galaxie für Galaxie, sondern für alle Galaxien auf einmal!“

Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieser Untersuchung war der systematische Nachweis von leuchtenden Wasserstoffhalos um Galaxien im frühen Universum, was Astronomen eine neue und vielversprechende Möglichkeit bietet, zu untersuchen, wie Materie in frühe Galaxien hinein- und herausfließt.

In den Fachartikeln werden auch andere Anwendungsmöglichkeiten dieses Datensatzes diskutiert, einschließlich der Erforschung der Rolle lichtschwacher Galaxien während der kosmischen Reionisation, der Galaxienverschmelzungsrate, als das Universum noch jung war, galaktischen Winden, Sternentstehung sowie die Kartierung der Bewegung von Sternen im frühen Universum.

„Bemerkenswerterweise wurden diese Daten alle ohne das kürzlich an MUSE vorgenommene Adaptive Optics Facility Upgrade gewonnen. Die Aktivierung der AOF nach einem Jahrzehnt intensiver Arbeit durch Astronomen und Ingenieuren der ESO verspricht für die Zukunft noch weitere revolutionäre Daten“, meint Roland Bacon abschließend [3].

Endnoten

[1] Das Hubble Ultra Deep Field ist eines der am intensivsten untersuchten Gebiete des Himmels. Bis heute haben 13 Instrumente an acht Teleskopen, darunter auch ALMA (eso1633), bei dem die ESO einer der Partner ist, das Feld vom Röntgen- bis zum Radiowellenlängenbereich beobachtet.

[2] Die negativ geladenen Elektronen, die in einem Atom den positiv geladenen Kern umkreisen, haben quantisierte Energieniveaus. Das heißt, sie können nur in bestimmten Energiezuständen existieren, und sie können nur zwischen ihnen wechseln, indem sie genaue definierte Mengen an Energie gewinnen oder verlieren. Lyman-alpha-Strahlung entsteht, wenn Elektronen in Wasserstoffatomen vom zweitniedrigsten ins niedrigsten Energieniveau fallen. Die exakte Menge verlorener Energie wird als Licht mit einer bestimmten Wellenlänge im ultravioletten Teil des Spektrums freigesetzt, das Astronomen bei rotverschobenen Objekten mit Weltraumteleskopen oder auf der Erde nachweisen können. Für diese Daten ist das Lyman-alpha-Licht bei einer Rotverschiebung von z ~ 3-6,6 als sichtbares oder Nahinfrarotlicht beobachtbar.

[3] MUSEs Adaptive Optics Facility hat bereits Ringe um den planetarischen Nebel IC 4406 entedckt (eso1724), die bisher unentdeckt blieben.

Weitere Informationen

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse erscheinen demnächst in einer Reihe von 10 Fachartikeln in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Roland Bacon (Université de Lyon, Frankreich), Hanae Inami (Université de Lyon, Frankreich), Jarle Brinchmann (Sterrewacht Leiden, Niederlande; Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Porto, Portugal), Michael Maseda (Sterrewacht Leiden, Niederlande), Adrien Guerou (IRAP, Université de Toulouse, Frankreich; ESO, Garching), A. B. Drake (Université de Lyon, Frankreich), H. Finley (IRAP, Université de Toulouse, Frankreich), F. Leclercq (Université de Lyon, Frankreich), E. Ventou (IRAP, Université de Toulouse, Frankreich), T. Hashimoto (Université de Lyon, Frankreich), Simon Conseil (Université de Lyon, Frankreich), David Mary (Laboratoire Lagrange, Nizza, Frankreich), Martin Shepherd (Université de Lyon, Frankreich), Mohammad Akhlaghi (Université de Lyon, Frankreich), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik Deutschland), Laure Piqueras (Université de Lyon, Frankreich), Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam), David Lagattuta (Université de Lyon, Frankreich), Benoit Epinat (IRAP, Université de Toulouse, Frankreich; Aix Marseille Université, Marseille, Frankreich), Sebastiano Cantalupo (ETH Zürich, Schweiz), Jean Baptiste Courbot (Université de Lyon, Frankreich; ICube, Université de Strasbourg, Frankreich), Thierry Contini (IRAP, Université de Toulouse, Frankreich), Johan Richard (Université de Lyon, Frankreich), Rychard Bouwens (Sterrewacht Leiden, Niederlande), Nicolas Bouché (IRAP, Université de Toulouse, Frankreich), Wolfram Kollatschny (AIG, Universität Göttingen, Deutschland), Joop Schaye (Sterrewacht Leiden, Niederlande), Raffaella Anna Marino (ETH Zürich, Schweiz), Roser Pello (IRAP, Université de Toulouse, Frankreich), Christian Herenz (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam), Bruno Guiderdoni (Université de Lyon, Frankreich), Marcella Carollo (ETH Zürich, Schweiz), S. Hamer (Université de Lyon, Frankreich), B. Clément (Université de Lyon, Frankreich), G. Desprez (Université de Lyon, Frankreich), L. Michel-Dansac (Université de Lyon, Frankreich), M. Paalvast (Sterrewacht Leiden, Niederlande), L. Tresse (Université de Lyon, Frankreich), L. A. Boogaard (Sterrewacht Leiden, Niederlande), J. Chevallard (Scientific Support Office, ESA/ESTEC, Noordwijk, Niederlande) S. Charlot (Sorbonne University, Paris, Frankreich), J. Verhamme (Université de Lyon, Frankreich), Marijn Franx (Sterrewacht Leiden, Niederlande), Kasper B. Schmidt (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Deutschland), Anna Feltre (Université de Lyon, Frankreich), Davor Krajnović (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Deutschland), Eric Emsellem (ESO, Garching; Université de Lyon, Frankreich), Mark den Brok (ETH Zürich, Schweiz), Santiago Erroz-Ferrer (ETH Zürich, Zürich), Peter Mitchell (Université de Lyon, Frankreich), Thibault Garel (Université de Lyon, Frankreich), Jeremy Blaizot (Université de Lyon, Frankreich), Edmund Christian Herenz (Department of Astronomy, Universität Stockholm, Schweden), D. Lam (Sterrewacht Leiden, Niederlande), M. Steinmetz (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Deutschland) und J. Lewis (Université de Lyon, Frankreich).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Links

• MUSE HUDF Sonderausgabe in A&A
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: I. Survey description, data reduction and source detection” von R. Bacon et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: II. Spectroscopic Redshift and Line Flux Catalog, and Comparisons to Color Selections of Galaxies at 3 < z < 7” von H. Inami et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: III. Testing photometric redshifts to 30th magnitude” von J. Brinchmann et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IV. An Overview of C III] Emitters” von M. V. Maseda et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: V. Spatially resolved stellar kinematics of galaxies at redshift 0.2 ≲ z ≲ 0.8” von A. Guérou
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VI. The Faint-End of the Lyα Luminosity Function at 2.91 < z < 6.64 and Implications for Reionisation” von A. B. Drake et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey:VII. Fe II* Emission in Star-Forming Galaxies” von H. Finley et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VIII. Extended Lyman α haloes” von F. Leclercq et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IX. evolution of galaxy merger fraction up to z ≈ 6” von E. Ventou et al.
• „The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: X. Lyα Equivalent Widths at 2.9 < z < 6.6” von T. Hashimoto et al.
• MUSE
• MUSE und die Adaptive Optics Facility (eso1724)

Kontaktinformationen

Roland Bacon
Lyon Centre for Astrophysics Research (CRAL)
France
Mobil: +33 6 08 9 14 27
E-Mail: roland.bacon@univ-lyon1.fr

Jarle Brinchmann
University of Leiden
Netherlands
Mobil: +31 6 50 92 51 89
E-Mail: jarle@strw.leidenuniv.nl

Davor Krajnovic
Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam
Germany
Mobil: +49 160 24 34 574
E-Mail: dkrajnovic@aip.de

Thierry Contini
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie
France
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