Astronomen haben gerade den bisher entferntesten Stern entdeckt. Wie viel weiter zurück in der Zeit könnten wir sehen?

Neuauflage von Plato

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Earendel-Stern, Hubble-Weltraumteleskop, Galaxiensterne

Das Hubble-Weltraumteleskop hat beobachtet der am weitesten entfernte Stern, der je gesehen wurde: Earendel, was Morgenstern bedeutet. Obwohl Earendel die 50-fache Masse der Sonne hat und millionenfach heller ist, könnten wir ihn normalerweise nicht sehen. Wir können es aufgrund einer Ausrichtung des Sterns mit einem großen Galaxienhaufen vor ihm sehen, dessen Schwerkraft das Licht des Sterns beugt, um es heller und fokussierter zu machen, wodurch im Wesentlichen eine Linse entsteht.

Astronomen blicken in die tiefe Vergangenheit, wenn wir entfernte Objekte betrachten. Licht bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit (3×10⁸ Meter pro Sekunde). Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto länger dauert es, bis das Licht uns erreicht. Wenn das Licht von sehr weit entfernten Sternen uns erreicht, kann das Licht, das wir betrachten, Milliarden von Jahren alt sein. Wir betrachten also Ereignisse, die in der Vergangenheit stattgefunden haben.

Wenn wir das Licht des Sterns beobachten, sehen wir Licht, das vor 12.9 Milliarden Jahren von dem Stern ausgestrahlt wurde; Wir nennen dies die Lookback-Zeit. Das ist nur 900 Millionen Jahre nach dem Urknall. Aber weil sich das Universum in der Zeit, die dieses Licht brauchte, um uns zu erreichen, auch schnell ausgedehnt hat, ist Earendel jetzt 28 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt.

Nun, da Hubbles Nachfolger, der James Webb Weltraumteleskop (JWST), ist vorhanden Es könnte sogar in der Lage sein, noch frühere Sterne zu erkennen, obwohl es möglicherweise nicht viele gibt, die so ausgerichtet sind, dass sie eine „Gravitationslinse“ bilden, sodass wir sie sehen können.

Um weiter in die Vergangenheit zu sehen, müssen die Objekte sehr hell sein. Und die am weitesten entfernten Objekte, die wir gesehen haben, sind die massereichsten und hellsten Galaxien. Die hellsten Galaxien sind solche mit Quasaren – leuchtenden Objekten, von denen man annimmt, dass sie von ihnen angetrieben werden supermassive Schwarze Löcher-in ihnen.

Vor 1998 hatten die am weitesten entfernten entdeckten Quasargalaxien eine Rückschauzeit von etwa 12.6 Milliarden Jahren. Die verbesserte Auflösung des Hubble-Weltraumteleskops erhöhte die Rückschauzeit auf 13.4 Milliarden Jahre, und mit dem JWST gehen wir davon aus, dass sich diese Zeit möglicherweise auf 13.55 Milliarden Jahre verbessern wird Galaxien und Sterne.

Einige hundert Millionen Jahre später begannen sich Sterne zu bilden Urknall, in einer Zeit, die wir nennen kosmische Dämmerung. Wir möchten die Sterne im kosmischen Morgengrauen sehen können, da dies unsere Theorien über die Entstehung des Universums und der Galaxien bestätigen könnte. Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass wir die am weitesten entfernten Objekte mit Teleskopen möglicherweise nie so detailliert sehen können, wie wir möchten – das Universum kann eine grundsätzliche Auflösungsgrenze haben.

Warum zurückblicken?

Eines der Hauptziele von JWST besteht darin, herauszufinden, wie das frühe Universum aussah und wann sich frühe Sterne und Galaxien bildeten, vermutlich zwischen 100 und 250 Millionen Jahre nach dem Urknall. Und glücklicherweise können wir Hinweise darauf erhalten, indem wir noch weiter zurückblicken, als Hubble oder das JWST es schaffen.

Wir können Licht von vor 13.8 Milliarden Jahren sehen, obwohl es kein Sternenlicht ist – damals gab es keine Sterne. Das am weitesten entfernte Licht, das wir sehen können, ist das kosmische Mikrowelle Hintergrund (CMB), das Licht, das vom Urknall übrig geblieben ist und sich nur 380,000 Jahre nach unserer kosmischen Geburt bildet.

Das Universum vor der Entstehung des CMB enthielt geladene Teilchen aus positiven Protonen (die heute zusammen mit Neutronen den Atomkern bilden), negativen Elektronen und Licht. Das Licht wurde durch die geladenen Teilchen gestreut, was das Universum zu einer Nebelsuppe machte. Als sich das Universum ausdehnte, kühlte es ab, bis sich schließlich die Elektronen mit den Protonen zu Atomen vereinigten.

Anders als die Teilchensuppe hatten die Atome keine Ladung, sodass das Licht nicht mehr gestreut wurde und sich geradlinig durch das Universum bewegen konnte. Dieses Licht wanderte weiter durch das Universum, bis es uns heute erreicht. Die Wellenlänge des Lichts wurde mit der Ausdehnung des Universums länger und wir sehen es derzeit als Mikrowellen. Dieses Licht ist das CMB und kann an allen Punkten des Himmels gleichmäßig gesehen werden. Das CMB ist überall im Universum.

*Nahaufnahme von Earendel. Wissenschaft: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI); Bildverarbeitung: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)*

Das CMB-Licht ist das am weitesten zurückliegende Licht, das wir je gesehen haben, und wir können kein Licht aus früheren Zeiten sehen, weil dieses Licht gestreut wurde und das Universum undurchsichtig war.

Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass wir eines Tages sogar über den CMB hinausblicken können. Dazu können wir kein Licht verwenden. Wir müssen verwenden Gravitationswellen. Dies sind Wellen im Gefüge der Raumzeit selbst. Wenn sich welche im Nebel des sehr frühen Universums bildeten, könnten sie uns möglicherweise heute erreichen.

Im Jahr 2015 Gravitationswellen wurden festgestellt aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit dem LIGO-Detektor. Vielleicht die nächste Generation Weltraumgestützter Gravitationswellendetektor– wie das Esa-Teleskop Lisa, dessen Start für 2037 geplant ist – werden in der Lage sein, in das sehr frühe Universum vor der Entstehung des CMB vor 13.8 Milliarden Jahren zu blicken.

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

Bildnachweis: Hubbles Blick auf Earendel. Wissenschaft: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI); Bildverarbeitung: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)

Zeitstempel: 7. April 2022