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  • Entstehung und Entwicklung von Galaxien

    Lutz WISOTZKI, Roland BACON, Shehan BONATZ



    Das wichtigste Ziel der Himmelsdurchmusterungen mit MUSE ist die Erforschung der Bausteine, aus denen normale Galaxien wie unsere Milchstraße vor etwa 10-12 Milliarden Jahren entstanden sind. Aufgrund der endlichen Lichtlaufzeit blicken wir bei der Beobachtung weit entfernter Objekte zurück in die Vergangenheit des Universums. MUSE wird Galaxien entdecken, die 10-12 Milliarden Lichtjahre entfernt sind und deshalb maximal etwa 1-3 Milliarden Jahre alt sein können. Die Beobachtung solcher Objekte wird Licht auf die Prozesse werfen, die bei der Galaxienentstehung ablaufen. Nach der verbreitet anerkannten hierarchischen Theorie ist die Ansammlung von Materie in Galaxien ein kontinuierlich ablaufender Vorgang, der in der Frühzeit des Universums begann und bis heute andauert. Durch die Erfassung einer großen, d.h. statistisch aussagekräftigen Anzahl von Objekten im frühen Universum und die Vermessung ihrer Eigenschaften können die Astronomen die Modelle der hierarchischen Galaxienentstehung quantitativ eingrenzen. Dies verspricht Antworten auf etliche offene Fragen der Galaxienentstehung: Wie konnten sich aus kleineren Fragmenten Galaxien wie unsere Milchstraße bilden? Wie viele Sterne und wieviel Gas enthielten solche Fragmente? Wie viel Masse haben die Halos aus dunkler Materie, in den sich die Galaxien bilden? Wie verläuft die Sternentstehung in den Fragmenten?



    Computersimulation eines mit MUSE aufgenommenen Bildes.
    Computersimulation eines mit MUSE aufgenommenen Bildes.
    Die Galaxien sind entsprechend ihrer Entfernung eingefärbt, blau entspricht nahen, rot weit entfernten Galaxien. Die Aufnahme umfasst einer Zeitspanne von 13 Milliarden Jahren. Die entferntesten Objekte sind die Vorläufer der heutigen Galaxien. Wir sehen sie zu einem Zeitpunkt, als das Universum nur fünf Prozent seines heutigen Alters hatte.



    Weit entfernte Galaxien sind extrem leuchtschwach und lassen sich nur anhand ihrer Wasserstofflinien finden. MUSE wird verschiedene Himmelsbereiche absuchen und dabei tausende von jungen Galaxien beobachten können. Bei seinem tiefsten Blick ins Universum, wird MUSE sehr lange belichten (bis zu etwa 100 Stunden pro Aufnahme) und dabei über 100mal empfindlicher sein als derzeitige Schmalbandaufnahmen. Mit diesen Durchmusterungen werden eine Reihe wissenschaftlicher Ziele verfolgt: - Die Erforschung leuchtschwacher Galaxien bei hohen Rotverschiebungen, insbesondere die Bestimmung ihrer Leuchtkraftfunktion und ihrer räumlichen Anordnung in Haufen. - Die Messung der Emission des ionisierten Wasserstoffs bis zurück zur Epoche der kosmischen Reionisierung , die Untersuchung der Filamentstruktur in der Galaxienverteilung und des Ablaufs der Reionisierung in ihrer Spätphase. - Erforschung der physikalischen Prozesse in jungen sternbildenden Galaxien einschließlich ihrer Wechselwirkung mit dem intergalaktischen Medium. - Räumlich aufgelöste Spektroskopie weit entfernter Galaxien, die durch den „Gravitationslinseneffekt“ verstärkt wurden. - Die Suche nach Anzeichen für die ersten Generationen von Sternen, so genannter „Population III-Sterne“. - Die Untersuchung aktiver Galaxienkerne bei mittleren und hohen Rotverschiebungen. - Die Erfassung des Wachstums von Halos aus dunkler Materie. - Die Identifikation sehr leuchtschwacher Lichtquellen, die bereits auf anderen Spektralbereichen beobachtet worden sind. - Die zufällige Entdeckung neuer Klassen von Objekten.



    Bild des Galaxienhaufens Abell 1689,
    Bild des Galaxienhaufens Abell 1689,
    der einen Gravitationslinseneffekt auf dahinter gelegene Objekte bewirkt, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop. Abell 1689 ist ein hervorragender Kandidat für Studien des Gravitationslinseneffekts mit MUSE.



    Die Beobachtungen der gleichen Himmelsregionen bei unterschiedlichen Wellenlängen, neben MUSE vor allem mit ALMA und JWST, wird nahezu alle nötigen Daten liefern, um Schlüsselfragen der Galaxienentstehung zu beantworten.



    PDF - 1.9 Mb
    Galaxy Formation and Evolution Science Case
    Complete description of the galaxy formation and evolution science case


    Forschungsvorhaben: Entstehung und Entwicklung von Galaxien Vollständige Beschreibung des Forschungsvorhabens „Entstehung und Entwicklung von Galaxien“