Bild des HST-GUT-Süd-Feldes, eines der tiefsten Bilder des Himmels, das jedoch nur ein Millionstel seiner Gesamtfläche bedeckt. Bildnachweis: NASA / ESA / The GOODS Team / M. Giavalisco (UMass., Amherst).

Hubbles jüngster Durchbruch enthüllt Billionen unbekannter Galaxien im Universum

Wie viele Galaxien gibt es im beobachtbaren Universum? Zum ersten Mal gibt es nicht nur eine Untergrenze, sondern auch eine Antwort.

„Unsere Haltung, unsere eingebildete Selbstbedeutung, die Täuschung, dass wir eine privilegierte Position im Universum haben, werden durch diesen Punkt des blassen Lichts in Frage gestellt. Unser Planet ist ein einsamer Fleck in der großen kosmischen Dunkelheit. In unserer Dunkelheit, in all dieser Weite, gibt es keinen Hinweis darauf, dass Hilfe von woanders kommen wird, um uns vor uns selbst zu retten. “- Carl Sagan

Wie viele Galaxien gibt es im beobachtbaren Universum? Seit wir die Ursprünge unseres Kosmos entdeckt haben, wissen wir, dass die Zahl endlich ist, da ein Signal von einer Galaxie, die sich selbst mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, nur eine bestimmte Entfernung erreichen kann. Aber ohne ein Teleskop, das bis zum Urknall selbst reicht, wäre jede Zahl, die wir aus Beobachtungen erreichen, nur eine Untergrenze, keine genaue Schätzung. Zuvor hatten Astronomen, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop arbeiteten, genau das getan, um zumindest ein Universum mit Hunderten von Milliarden Galaxien zu enthüllen. Dank einer neuen Studie des CANDELS-Teams konnte diese Schätzung auf zwei Billionen erhöht werden, was einem Anstieg von mehr als einem Faktor von 10 entspricht. Hier ist die Geschichte, wie wir dorthin gekommen sind.

Das Hubble-Weltraumteleskop, wie es während der letzten und letzten Wartungsmission aufgenommen wurde. Bildnachweis: NASA.

Das Hubble-Weltraumteleskop wurde 1990 auf den Markt gebracht, sein Spiegel war defekt. Ein paar Jahre später führte eine Wartungsmission zum mächtigsten Teleskop, das die Menschheit jemals gesehen hatte. Mit den besten optischen Systemen aller Zeiten und der größten Beobachtungsleistung war ein sehr ungewöhnlicher Vorschlag grün beleuchtet. Ein Team würde Hubble auf ein Stück Himmel richten, ohne ein Ziel zu beobachten. Anstatt einen Planeten, einen Stern, einen Nebel, einen Haufen oder eine Galaxie zu beobachten, würde Hubble die schwarze Leere des leeren Raums beobachten. Indem Sie auf ein Stück Himmel zeigen, in dem sich nichts befindet:

  • keine hellen sterne,
  • keine gaswolken,
  • keine nebel,
  • keine bekannten galaxien,
  • keine cluster,

Die Astronomen hofften herauszufinden, ob der leere Raum wirklich leer ist oder ob uns, wie der Urknall und das kosmologische Prinzip vorausgesagt hatten, eine Vielzahl von Galaxien aus dem fernen Universum offenbart werden würde.

Die Region, die für das ursprüngliche Hubble Deep Field-Bild ausgewählt wurde. Bildnachweis: NASA.

Das Hubble-Weltraumteleskop umkreist die Erde ungefähr alle 90 Minuten oder 18 Mal pro Tag. Über insgesamt 342 Zyklen (wobei jeder Zyklus eine halbe Umlaufbahn hat) wird genau dieser Bereich des Himmels abgebildet, in dem möglicherweise nur fünf oder sechs sehr schwache Sterne in unserer Galaxie lebten. Es wies von der galaktischen Ebene weg in den intergalaktischen Raum an einer leeren Stelle, die bis an die Grenzen unserer größten und modernsten bodengestützten Teleskope leer ist. Nachdem insgesamt fast 10 Tage Licht in mehreren verschiedenen Farbfiltern gesammelt worden waren, haben sie das Bild zusammengesetzt und der Welt zugänglich gemacht. Hier ist, was es sah.

Das ursprüngliche Hubble Deep Field, das Tausende neuer Galaxien im Abgrund des Weltraums entdeckte. Bildnachweis: R. Williams (STScI), das Hubble Deep Field Team und die NASA.

In dieser winzigen Region des Weltraums, in der zuvor keine bekannten Galaxien gesehen wurden, hatten wir jetzt etwa 3.000 entdeckt. Mit Ausnahme von ungefähr fünf oder sechs Punkten, die Beugungsspitzen (die „spitzen“ Merkmale) zeigen, die Sterne in der Milchstraße sind, ist jeder einzelne Lichtpunkt in diesem Bild eine Galaxie. Dies ist das Hubble Deep Field.

Dies war so bemerkenswert, dass Folgebilder mit tieferen Ansichten, breiteren Winkeln, längeren Wellenlängenbereichen und längeren Beobachtungszeiten aufgenommen wurden. Das Ultra Deep Field hat den vorherigen Rekord gebrochen, und dann wurden auch Nord- und Südfelder aufgenommen, was zeigt, dass das Universum ähnliche Galaxienzahlen in entgegengesetzte Richtungen aufweist. Hubbles Frontier Fields-Programm ging tief über ein großes Sichtfeld und zeigte, dass das Universum in größeren Mengen ähnlich war. Zuletzt wurde 2012 eine noch tiefere Version erstellt, die einen erweiterten Satz von Kameras und Optiken verwendet und 23 Tage lang beobachtet werden kann: das Hubble eXtreme Deep Field (XDF).

Das Hubble eXtreme Deep Field (XDF), das ungefähr 50% mehr Galaxien pro Quadratgrad als das vorherige Ultra-Deep Field enthüllte. Bildnachweis: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee und P. Oesch, Universität von Kalifornien, Santa Cruz; R. Bouwens, Universität Leiden; und das HUDF09 Team.

Dieses letzte Bild, das aus einer Raumregion besteht, die kaum ein Tausendstel eines Quadrates des Himmels beträgt und so klein ist, dass 32 Millionen davon den gesamten Himmel ausfüllen würden, enthält satte 5.500 Galaxien, von denen die entferntesten sind Ihr Licht ist seit ungefähr 13 Milliarden Jahren auf uns zugekommen, was mehr als 90% des gegenwärtigen Zeitalters des Universums entspricht. Wenn wir dies über den gesamten Himmel extrapolieren, stellen wir fest, dass es im beobachtbaren Universum 170 Milliarden Galaxien gibt, und das war nur eine Untergrenze.

Mit all den Daten, die Hubble aufgenommen hat, und anderen Observatorien, können wir diese tiefen Ansichten des Universums und einige andere Erkenntnisse nutzen, um eine 3D-Karte eines „Schnitts“ des Universums zu konstruieren. Wir sehen nicht nur eine Momentaufnahme des Himmels, sondern auch Galaxien, die sich in der Nähe, in der Mitte und in der Ferne befinden. Selbst dann sehen wir nur diejenigen, die am einfachsten zu sehen sind. Durch Zuweisen von Entfernungen zu allen beobachteten Galaxien in einem bestimmten Raumabschnitt können wir die räumliche Gesamtdichte von Galaxien berechnen, einschließlich einer Schätzung, wie viele andere Galaxien vorhanden sein müssen, die wir nicht sehen können, einfach weil sie Sie sind zu schwach oder zu weit entfernt.

Es werden weniger Galaxien in der Nähe und in größeren Entfernungen gesehen als in dazwischen liegenden Galaxien. Dies ist jedoch auf eine Kombination von Galaxienfusionen und -evolution zurückzuführen, und es ist auch nicht möglich, die ultradistanten, ultraschwachen Galaxien selbst zu sehen. Bildnachweis: NASA / ESA.

In einem neuen Ergebnis dieser Woche hat ein Team unter der Leitung von Christopher Conselice von der University of Nottingham seine Arbeit abgeschlossen und festgestellt, dass das, was sie gefunden haben, gleichzeitig wunderbar und kraftvoll ist: So großartig Hubble auch ist, es hat nur ungefähr 10% des Ganzen direkt beobachtet Dort. Anstelle von 170 Milliarden Galaxien im beobachtbaren Universum gibt es wahrscheinlich mehr als zwei Billionen, von denen jede durchschnittlich etwa 100 Milliarden Sterne enthält. Von besonderem Interesse ist diese überraschende Tatsache: Das weiter entfernte Universum hatte eine größere Anzahl und Dichte von Galaxien, die sich seitdem zu weniger, aber massereicheren Galaxien zusammengeschlossen haben. Mit anderen Worten, die meisten Galaxien sind sowohl sehr weit entfernt als auch sehr schwach. Nach Conselice,

Diese Ergebnisse sind ein schlagkräftiger Beweis dafür, dass in der gesamten Geschichte des Universums eine bedeutende Galaxienentwicklung stattgefunden hat, die die Anzahl der Galaxien durch Fusionen zwischen ihnen dramatisch verringert hat - und somit ihre Gesamtzahl verringert hat.
Unsere Beobachtungen sind auf die Galaxien ausgerichtet, die am einfachsten zu sehen sind, aber trotz der unglaublichen Technologie, die uns zur Verfügung steht, müssen mehr als 90% der Galaxien, die es draußen geben muss, uns noch offenbart werden. Bildnachweis: Northern Galactic Cap aus der Veröffentlichung von SDSS-III über http://www.sdss3.org/, wobei jedes Pixel eine beobachtete Galaxie ist.

Ab nur zwei Jahren wird das James Webb-Weltraumteleskop, ein größerer und längerwelliger Nachfolger von Hubble, endlich damit beginnen, diese unsichtbaren Objekte direkt zu untersuchen. Das Universum ist voller Galaxien und zum ersten Mal haben wir eine genaue Schätzung, mit wie vielen es wirklich gefüllt ist. Der nächste Schritt besteht darin, mit Messungen zu beginnen und schließlich anhand realer Daten aufzudecken, wie sich das Universum entwickelt hat und wie es heute ist. Obwohl das Hubble-Weltraumteleskop uns nicht den ganzen Weg dorthin bringt, gibt es weiterhin Antworten auf die tiefsten Fragen im Universum. Es ist sogar bemerkenswert, dass die Antwort nicht direkt angezeigt wird.

Dieser Beitrag erschien zum ersten Mal bei Forbes und wird Ihnen von unseren Patreon-Unterstützern werbefrei zur Verfügung gestellt. Kommentieren Sie unser Forum und kaufen Sie unser erstes Buch: Beyond The Galaxy!