Die Farbaufnahme

Die hier gezeigten Bilder sind Teil eines großen Mosaiks aus 78 Einzelaufnahmen. Es umfasst ein Himmelsare-

al von der Größe des Vollmondes am Südhimmel im Stern-bild For nax. Dieser Bereich erscheint uns am Himmel etwa so groß wie ein Fingernagel am ausgestreckten Arm. Zwei Wochen Belichtungszeit benötigte das amerikanisch-eu-ropäische Weltraumteleskop HUBBLE für seine bislang größ-te Farbaufnahme. Auf ihr entdeckt man insgesamt 40000 Galaxien, die wie Edelsteine auf schwarzem Samt funkeln. Würde man auf diese Weise den gesamten Himmel foto-grafi eren, so wären 7 Milliarden Galaxien sichtbar. Jede von ihnen beheimatet bis zu 100 Milliarden Sterne, von denen viele unserer Sonne ähneln.

Die lichtschwächsten Sternsysteme sandten das heute empfangene Licht zu einer Zeit aus, als es die Sonne und die Erde noch gar nicht gab. Sie sind rund 50 Millionen Mal lichtschwächer als die gerade noch mit bloßem Auge wahr-nehmbaren Sterne in einer sehr klaren Nacht.

Vor etwa einem Jahr erstellten Astronomen mit dem Welt-raumteleskop HUBBLE eine Aufnahme, die noch tiefer ins Universum vordringt als die hier gezeigte. Allerdings war dies bei etwa derselben Belichtungszeit nur für ein Hun-dertstel der Fläche möglich. Einen Teil dieses so genann-ten HUBBLE-Ultra- Deep-Field zeigt Tafel 6.

Ferne Welteninseln

Unsere Sonne ist einer unter mehr als hundert Milliar-den Sternen im Milchstraßensystem – einer Spiralga-

laxie mit einem Durchmesser von 100 000 Lichtjahren. Die Aufnahmen zeigen einige Zehntausend dieser fernen Wel-teninseln in unterschiedlichen Entwicklungsphasen des expandierenden Universums. Die lichtschwächsten Gala-xien sandten das heute empfangene Licht vor 7 Milliarden Jahren aus. Damals war das Universum nur halb so alt und halb so groß wie heute.

In der ersten Epoche nach dem Urknall erfüllten ausschließ-lich heißes Gas und intensive Strahlung das Universum. Die ersten Sterne und Galaxien konnten erst entstehen, nach-dem die Materie sich abgekühlt hatte. Auf welche Weise sich dann die gewaltigen Galaxien gebildet haben, wollen die Kosmologen mit Aufnahmen wie diesen herausfi nden. Wahrscheinlich stießen im jungen Universum, als dieses noch wesentlich kleiner war als heute, häufi g Galaxien zu-sammen und verschmolzen miteinander. So wuchsen klei-nere Sternsysteme zu ihrer heutigen Größe heran. Einen solchen kosmischen Unfall sieht man auf Tafel 5.

Das halbe Universum?

Die Astronomen verfügen über eine Zeitmaschine: das Licht. Mit 300000 Kilometern pro Sekunde eilt es

durch den Raum und durchquert die Distanz von der Son-ne bis zur Erde in etwa acht Minuten. Schon vom nächs-ten Stern, Alpha Centauri, ist es mehr als vier Jahre bis zu uns unterwegs. Das heute empfangene Licht der nächst gelegenen Spiralgalaxie im Sternbild Andromeda startete dort vor mehr als zwei Millionen Jahren. Zu jener Zeit be-gannen unsere Vorfahren in Afrika mit Steinwerkzeugen zu hantieren.

Bis zu sieben Milliarden Jahre in die Vergangenheit zurück schauen wir auf den hier gezeigten Farbaufnahmen. Das entspricht dem halben Weltalter. Wir überblicken damit also zeitlich das halbe Universum – jedoch nur in einem klei-nen Ausschnitt: Der fotografi erte Bereich ist im Vergleich zur gesamten Himmelssphäre etwa so groß wie München im Vergleich zur Erdoberfl äche.

Ähnlich wie Geologen anhand eines Bohrkerns die Vergan-genheit rekonstruieren, verfolgen Kosmologen mit dieser Aufnahme die Entwicklung des Universums. Erstaunlicher-weise ist dieses überwiegend leer und schwarz, obwohl in dem sieben Milliarden Lichtjahre tiefen »kosmischen Bohr-kern« alle Galaxien auf die Fläche des Fotos projiziert er-scheinen.

Anfang und Ende

Der amerikanische Astronom Edwin Hubble machte 1929 eine der bedeutendsten Entdeckungen der As-

tronomie: Alle Galaxien entfernen sich voneinander. Was heute auseinanderstrebt, muss irgendwann einmal ver-eint gewesen sein. Dies war vor etwa 14 Milliarden Jahren der Fall, als das Universum in einer gigantischen Explosi-on, dem Urknall, entstand. Es war nicht eine Detonation im Raum, sondern Raum, Zeit und Materie entstandenen erst in diesem einzigartigen Moment. Der damalige Ur-schwung treibt das Universum noch heute auseinander. Er sorgt dafür, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen – ähnlich wie Rosinen in einem aufquellenden Hefeteig.

Seit dem Urknall dehnt sich das Universum aus, doch wie wird es enden? Stimmen die derzeitigen Theorien der Kos-mologen, so wird das Universum bis in alle Ewigkeit expan-dieren. Und in ferner Zukunft wird der letzte Stern verglü-hen und das Universum in ewige, tief schwarze Nacht fal-len.

Die Farben der Galaxien

Seit dem Urknall vor 14 Milliarden Jahren dehnt sich das Universum unablässig aus. Von dieser Expansion des

Raumes ist auch das Licht betroffen. Auf seiner Reise durch den expandierenden Kosmos wird seine Wellenlänge ge-dehnt. Dieser Effekt ist um so größer, je länger das Licht unterwegs war, das heißt je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist. Für Kosmologen gilt daher die Grundregel: Je weiter die Entfernung, desto größer die Wellenlänge des Lichts und desto »röter« die Farbe der Galaxie. Ein markan-tes Beispiel für diese kosmologische Rotverschiebung zeigt Tafel 1. Hier erkennt man eine nahe bläuliche Spiralgalaxie vor viel weiter entfernten roten Galaxien.

Bei der Interpretation ihrer Aufnahmen müssen die Kos-mologen jedoch vorsichtig sein: Galaxien können auch aus anderen Gründen farbig erscheinen. So sieht eine Galaxie, in der kürzlich neue Sternen entstanden sind, blauer aus als eine mit alten Sternen.

Kosmische Fahndung

Die gezeigten Aufnahmen sind ein Meilenstein auf dem Weg zur Erforschung der »kosmischen Biografi e.« Die-

ser Weg führt aber nur dann zum Ziel, wenn es gelingt, die Entfernungen der Galaxien zu messen. Aus den Bildern al-lein lassen sich diese nicht ermitteln. Der Schlüssel hier-zu liegt in Vorarbeiten, die Forscher des Max-Planck-Insti-tuts für Astronomie in Heidelberg im Rahmen eines mehr-jährigen Beobachtungsprojektes geleistet haben. Mit Tele-skopen in Chile haben sie genau in dem von HUBBLE aufge-nommenen Himmelsfeld die Entfernungen von zehntau-send Galaxien gemessen. Dieser einzigartige Datenschatz war die Voraussetzung dafür, dass die Heidelberger For-scher als Leiter des internationalen GEMS-Teams das be-gehrte Weltraumteleskop drei Wochen lang exklusiv für die große Farbaufnahme zur Verfügung gestellt bekamen. Neben den Heidelbergern waren Kollegen des Astrophy-sikalischen Instituts Potsdam beteiligt.

Erst die Kombination aus den Entfernungsangaben und den hier gezeigten detaillierten Aufnahmen zeigt, wann es im Universum wie viele Galaxien gab. So entschlüsseln die Astronomen die Vergangenheit des Kosmos. Dabei sind sie in einer ähnlichen Situation wie die Polizei, die mit einem Fahndungsfoto und Fingerabdrücken einen Täter über-führt.

Das halbe UniversumMilliarden von Welteninseln in der Tiefe des Kosmos

bis zu 7 Milliarden Jahre vor unserer Zeit sichtbar ww

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um

www.mpia.de/Das-halbe-UniversumProjekt: Max-Planck-Institut für Astronomie (Heidelberg),

Space Telescope Science Institute (Baltimore, USA), Max-Planck-Gesellschaft (München), »Sterne und Weltraum« (Heidelberg).

Bild: Prof. Dr. Hans-Walter Rix, Dr. Marco Barden, Dipl.-Phys. Boris Häußler und das GEMS-Team

Texte: Dr. Thomas Bührke

Grafi k und Layout: MPIA

Projektleitung »Das halbe Universum«: Dr. Götz Hoeppe

Das Weltraumteleskops HUBBLE in der Erdumlaufbahn.

Zwei wechselwirkende Paare Galaxien sowie zahlreiche kleinere, weiter entfernte Galaxien.

Auf den hier gezeigten Aufnahmen blickt man wie in ei-nem langen Tunnel bis zu 7 Milliarden Jahre in die Ver-gangenheit zurück. Alle Galaxien auf dem Sehstrahl er-scheinen in der Fläche des Bildes.

Das expandierende Universum ähnelt einem aufgehen-den Rosinenkuchen: Von jeder Galaxie aus betrachtet entfernen sich die anderen Galaxien, und zwar um so schneller, je weiter sie entfernt sind. Das ist das so ge-nannte Hubble-Gesetz.

Ausschnitt aus Tafel 1: eine relativ nahe, blaue Spiralgal-xie vor weit entfernten, roten Galaxien.

Das Max-Planck-Institut für Astronomie auf dem Kö-nigstuhl. Im Hintergrund Heidelberg und der Neckar.

Mitglieder des internationalen GEMS-Teams.