Sehen Sie diesen kleinen roten Fleck? Das ist eine extrem weit entfernte Explosion im frühen Universum, die X-Shooter am Very Large Telescope (VLT) der ESO aufgenommen wurde. Dieses Licht stammt von einem Gammablitz (englisch: gamma-ray burst, kurz GRB), einem der hellsten und rätselhaftesten Phänomene im Universum.

Im September 2021 entdeckte das Neil Gehrels Swift Observatory der NASA in diesem Bereich des Himmels eine helle Gammastrahlenquelle. Sobald der anfängliche helle Blitz eines GRB abgeklungen ist, hält das Nachglühen bei längeren Wellenlängen wie sichtbarem oder infrarotem Licht noch an. Aber die Quellen verblassen sehr schnell, so dass man schnell reagieren muss! Ein Team von Astronom*innen unter der Leitung von Andrea Rossi vom INAF in Bologna beobachtete die Nachwirkungen des GRB mit einer Reihe von Teleskopen auf der ganzen Welt, darunter mehrere ESO-Instrumente am VLT und die robotischen Teleskope REM und GROND am La-Silla-Observatorium der ESO.

Das Team nahm mit X-Shooter nicht nur Bilder auf, sondern erstellte mit diesem Instrument auch Spektren. Dies war ausschlaggebend für den Nachweis, dass der Ausbruch aus einer extrem weit entfernten Galaxie stammt, aus einer Zeit, als das Universum nur 6 % seines heutigen Alters hatte. Das macht diesen Ausbruch zu einem der am weitesten entfernten GBRs, die je gefunden wurden.

Der Ursprung von Gammablitzen bleibt jedoch nach wie vor ein Rätsel. Laut Rossis Team hat dieser spezielle GRB so viel Energie ausgestrahlt, dass er wahrscheinlich durch Materie erzeugt wurde, die in ein schwarzes Loch oder (weniger wahrscheinlich) einen Magnetar – einen Neutronenstern mit einem sehr starken Magnetfeld – fiel. Mit dem kommenden Extremely Large Telescope der ESO können die Eigenschaften von Ausbrüchen wie diesem und seinen Vorläufern genauer untersucht werden, was dann mehr Klarheit in ihren genauen Ursprung bringen wird.

This graphic shows the evolution of the Universe, from the Big Bang to the present day. It indicates the growth of the Universe through cosmic expansion and the growth of galaxies and galaxy clusters. The Universe is almost 14 billion years old.

The bottom panel shows a slice of the IGM density field from the Horizon-AGN cosmological simulation. The field will be successfully reconstructed from the data of the survey, as illustrated by the top two panels. 

Diese Abbildung zeigt einen Gashalo, der einen Quasar im frühen Universum umgibt. Der Quasar in Orange hat zwei kräftige Jets und ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum. Der Halo aus glühendem Wasserstoffgas ist blau dargestellt.

Eine Forschergruppe untersuchte 31 Quasare, die man so sieht, wie sie vor mehr als 12,5 Milliarden Jahren waren, zu einer Zeit, als das Universum noch ein Kleinkind war, nur etwa 870 Millionen Jahre alt. Die Astronomen fanden 12 Quasare, die von riesigen Gasspeichern umgeben waren: Halos aus kühlem, dichtem Wasserstoffgas, die sich über 100.000 Lichtjahre von den zentralen Schwarzen Löchern und mit einer milliardenfach höheren Masse als die der Sonne erstrecken. Sie stellen die perfekte Nahrungsquelle dar, um das Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher zu fördern.

Dieses Bild zeigt einen der Gashalos, die mit dem MUSE-Instrument auf dem Very Large Telescope der ESO neu beobachtet wurden, überlagert von einem älteren Bild einer Verschmelzung von Galaxien, die mit ALMA gewonnen wurde. Der großflächige Halo aus Wasserstoffgas ist blau dargestellt, während die ALMA-Daten orange eingefärbt sind.

Der Halo ist an die Galaxie gebunden, die in ihrem Zentrum einen Quasar enthält. Das schwache, glühende Wasserstoffgas im Halo ist die perfekte Nahrungsquelle für das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum des Quasars.

Die Objekte in diesem Bild befinden sich bei einer Rotverschiebung von 6,2, d. h. sie werden so gesehen, wie sie vor 12,8 Milliarden Jahren waren. Während Quasare hell sind, sind die Gasspeicher um sie herum viel schwieriger zu beobachten. Aber MUSE konnte das schwache Glühen des Wasserstoffgases in den Halos erkennen, so dass Astronomen endlich die Lebensmittelvorräte freilegen konnten, die supermassereiche Schwarze Löcher im frühen Universum versorgen.

Where the particles were accelerated in the AWAKE experiment.

Dieses Bild ist ein Farbkomposit, erstellt aus Aufnahmen des Digitized Sky Surveys 2 (DSS2). Das Bildfeld beträgt etwa 2,4° x 2,0°. Die Leere dieses Himmelsausschnitts ist leicht zu erkennen.

Tiefe Beobachtungen mit dem MUSE-Spektrografen am Very Large Telescope der ESO haben riesige kosmische Reservoirs von atomarem Wasserstoff um entfernte Galaxien entdeckt. Das besonders empfindliche MUSE-Instrument ermöglichte direkte Beobachtungen von dünnen Wasserstoffwolken, die im frühen Universum im Lyman-alpha-Licht leuchten. Dies zeigt, dass fast der ganze Nachthimmel unbemerkt glüht.

Diese Infografik vergleicht die beiden Methoden zur Bestimmung der Masse der Galaxie ESO 325-G004. Bei der erstem Methode wurden mit dem Very Large Telescope die Geschwindigkeiten von Sternen in ESO 325-G004 gemessen. Bei der zweiten Methode wurde mit dem Hubble-Weltraumteleskop ein Einsteinring beobachtet, der durch Licht aus einer Hintergrundgalaxie verursacht wurde, das von ESO 325-G004 gebogen und verzerrt wurde. Durch den Vergleich dieser beiden Methoden zur Messung der Schwerkraft von ESO 325-G004 wurde festgestellt, dass Einsteins allgemeine Relativitätstheorie auf extragalaktischen Skalen funktioniert – etwas, das bisher nicht getestet wurde.

Dieses Bild vom NASA/ESA Hubble Space Telescope zeigt die vielfältige Ansammlung von Galaxien im Galaxienhaufen Abell S0740, der über 450 Millionen Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Centaurus liegt. Der riesige elliptische ESO 325-G004 befindet sich in der Mitte des Haufens. Hubble löst Tausende von Kugelsternhaufen auf Umlaufbahnen ESO 325-G004 auf. Kugelsternhaufen sind kompakte Gruppen von Hunderttausenden von Sternen, die gravitativ miteinander verbunden sind. In der Entfernung der Galaxie erscheinen sie als Lichtpunkte, die im diffusen Halo enthalten sind. Dieses Bild entstand durch die Kombination der im Januar 2005 aufgenommenen wissenschaftlichen Beobachtungen von Hubble mit den ein Jahr später aufgenommenen Hubble-Heritage-Beobachtungen für ein 3-Farben-Komposit. Die Filter, die blaues, rotes und infrarotes Licht isolieren, wurden mit der Advanced Camera for Surveys an Bord von Hubble verwendet.

Dieses Bild zeigt die weit entfernte Galaxie MACS1149-JD1, wie sie vor 13,3 Milliarden Jahren aussah und nun mit ALMA beobachtet wurde.

Diese künstlerische Darstellung zeigt eine Gruppe von interagierenden und verschmelzenden Galaxien im frühen Universum. Solche Galaxienverschmelzungen wurden mithilfe der ALMA- und APEX-Teleskope entdeckt und repräsentieren die Entstehung von Galaxienhaufen, den massereichsten Objekten im modernen Universum. Astronomen dachten bislang, dass diese Ereignisse etwa drei Milliarden Jahre nach dem Urknall stattfanden, so dass sie überrascht waren, als die neuen Beobachtungen zeigten, dass sie auch auftraten, als das Universum nur halb so alt war!

Diese Farbaufnahme zeigt das Hubble Ultra Deep Field, eine winzige, aber gut untersuchte Region im Sternbild Chemischer Ofen (lat. Fornax). Aufgenommen wurde sie mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der ESO. Das Bild gibt jedoch nur einen kleinen Einblick in den Reichtum der MUSE-Daten, die auch für jedes Pixel im Bild ein Spektrum zur Verfügung stellen. Der Datensatz ermöglicht es Astronomen nicht nur, die Entfernungen von deutlich mehr Galaxien als zuvor zu messen – insgesamt 1600 – sondern auch über jede einzelne mehr zu erfahren. Überraschenderweise wurden 72 neue Galaxien gefunden, die sich den tiefen Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA/ESA entzogen hatten.

Das Bild zeigt das Hubble Ultra Deep Field 2012, eine verbesserte Version der Hubble Ultra Deep Field-Aufnahme, die durch zusätzliche Beobachtungszeit entstanden ist. Die neuen Daten haben zum ersten Mal eine Population von fernen Galaxien mit Rotverschiebungen zwischen 9 und 12 zutage gebracht, einschließlich des bisher am weitesten entfernten Objektes. Diese Galaxien müssen vom zukünftigen NASA/ESA/CSA James Webb-Weltraumteleskop bestätigt werden, bevor ihre Existenz als gesichert gilt.

Die Positionen von einem Teil der Galaxien, die mit der VIPERS-Durchmusterung identifiziert wurden, im Raum. Dies ist eins von zwei "Tortenstücken" des Universums, die aus den Daten der Durchmusterung erstellt wurden. Es zeigt, wo sich die Galaxien im Hinblick auf ihrn Abstand von uns befinden – was mit zunehmender Entfernung einem Blick in eine immer weiter zurückliegende Vergangenheit entspricht. Daten wie diese ermöglichen es Astronomen, die Entwicklung von Galaxien als Bestandteile des Universums zu untersuchen und verraten uns, wie sich das Weltall selbst im Laufe der Zeit verändert hat.

Diese Karte zeigt die Verteilung der Dunklen Materie im Universum und wurde aus Daten der KiDS-Durchmusterung mit dem VLT Survey Telescope am Paranal-Observatorium der ESO in Chile erstellt. Sie enthüllt ein weitreichendes Netz aus dichten (hellen) und leeren (dunklen) Regionen. Dieses Bild zeigt einen von fünf Bereichen des Himmels, die von KiDS beobachtet wurden. Die unsichtbare dunkle Materie ist hier in rosa dargestellt und deckt einen Bereich des Himmels ab, der dem 420-fachen der Größe des Vollmonds entspricht. Diese Bildrekonstruktion entstand durch die Analyse des Lichts, das aus mehr als drei Millionen fernen Galaxien gesammelt wurde, die mehr als 6 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Das Licht in den beobachteten Galaxienbildern wurden auf seiner Reise durchs Universum durch die Anziehungskraft der dunklen Materie verzerrt.

In dem Bild kommen auch einige kleine dunkle Regionen mit scharfen Grenzen zum Vorschein. Dort finden sich helle Sterne und andere nahe Objekte, die den Beobachtungen fernerer Galaxien im Weg sind und deshalb in diesen Karten ausgeblendet werden, da in diesen Gebieten kein Signal des schwachen Gravitationslinseneffektes gemessen werden kann.

Diese Karte zeigt die Verteilung der Dunklen Materie im Universum und wurde aus Daten der KiDS-Durchmusterung mit dem VLT Survey Telescope am Paranal-Observatorium der ESO in Chile erstellt. Sie enthüllt ein weitreichendes Netz aus dichten (hellen) und leeren (dunklen) Regionen. Dieses Bild zeigt einen von fünf Bereichen des Himmels, die von KiDS beobachtet wurden. Die unsichtbare dunkle Materie ist hier in rosa dargestellt und deckt einen Bereich des Himmels ab, der dem 420-fachen der Größe des Vollmonds entspricht. Diese Bildrekonstruktion entstand durch die Analyse des Lichts, das aus mehr als drei Millionen fernen Galaxien gesammelt wurde, die mehr als 6 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Das Licht in den beobachteten Galaxienbildern wurden auf seiner Reise durchs Universum durch die Anziehungskraft der dunklen Materie verzerrt.

In dem Bild kommen auch einige kleine dunkle Regionen mit scharfen Grenzen zum Vorschein. Dort finden sich helle Sterne und andere nahe Objekte, die den Beobachtungen fernerer Galaxien im Weg sind und deshalb in diesen Karten ausgeblendet werden, da in diesen Gebieten kein Signal des schwachen Gravitationslinseneffektes gemessen werden kann.

Diese Karte zeigt die Verteilung der Dunklen Materie im Universum und wurde aus Daten der KiDS-Durchmusterung mit dem VLT Survey Telescope am Paranal-Observatorium der ESO in Chile erstellt. Sie enthüllt ein weitreichendes Netz aus dichten (hellen) und leeren (dunklen) Regionen. Dieses Bild zeigt einen von fünf Bereichen des Himmels, die von KiDS beobachtet wurden. Die unsichtbare dunkle Materie ist hier in rosa dargestellt und deckt einen Bereich des Himmels ab, der dem 420-fachen der Größe des Vollmonds entspricht. Diese Bildrekonstruktion entstand durch die Analyse des Lichts, das aus mehr als drei Millionen fernen Galaxien gesammelt wurde, die mehr als 6 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Das Licht in den beobachteten Galaxienbildern wurden auf seiner Reise durchs Universum durch die Anziehungskraft der dunklen Materie verzerrt.

In dem Bild kommen auch einige kleine dunkle Regionen mit scharfen Grenzen zum Vorschein. Dort finden sich helle Sterne und andere nahe Objekte, die den Beobachtungen fernerer Galaxien im Weg sind und deshalb in diesen Karten ausgeblendet werden, da in diesen Gebieten kein Signal des schwachen Gravitationslinseneffektes gemessen werden kann.

Dieses Bild namens Hubble eXtreme Deep Field (XDF) vereint Hubble-Beobachtungen, die im Laufe des letzten Jahrzehnts von einem kleinen Teil des Himmels im Sternbild Chemischer Ofen (lat. Fornax) aufgenommen wurden. Mit insgesamt mehr als zwei Millionen Sekunden Belichtungszeit handelt es sich um das tiefste Bild vom Universum, das je gemacht wurde, und beinhaltet Daten aus früheren Bildern, einschließlich des Hubble Ultra Deep Field (zwischen 2003 und 2004 aufgenommen) und Hubble Ultra Deep Field Infrared (2009).

Das Bild erstreckt sich über eine Region, die weniger als dem Zehntel der Breite des Vollmondes entspricht, also nur einem 30 Millionstel des gesamten Himmels. Dennoch kommen selbst in diesem winzigen Teil des Himmels bei langer Belichtung etwa 5500 Galaxien zutage, von denen einige so weit entfernt sind, dass wir sie zu einem Zeitpunkt sehen, an dem das Alter des Universums weniger als 5% des heutigen Alters betragen hat.

Das Bild des Hubble eXtreme Deep Field enthält mehrere der entferntesten Objekte, die jemals entdeckt wurden.

Eine wahre Fundgrube an Galaxien, die reich an Kohlenstoffmonoxid sind (deutet Potential zur Sternentstehung an), aufgenommen von ALMA (orange) im Hubble Ultra Deep Field. Die blaugefärbten Galaxien wurden von Hubble aufgenommen.

Dieses Bild basiert auf der ALMA-Durchmusterung von Manuel Aravena, Fabian Walter und Kollegen, die etwa ein Sechstel der HUDF-Fläche abdeckt.

Dieses Bild kombiniert ein Hintergrundbild, das mit dem Hubble-Weltraumteleskop von NASA/ESA (blau/grün) aufgenommen wurde, mit einer neuen sehr tiefen ALMA-Aufnahme desselben Bereichs (orange, mit Kreisen gekennzeichnet). Alle Objekte, die ALMA beobachtet hat, scheinen massereiche Galaxien mit Sternentstehung zu sein.

Dieses Bild basiert auf der ALMA-Durchmusterung von J. Dunlop und Kollegen, die die kompletten HUDF-Fläche abdeckt.

ALMA durchmusterte das Hubble Ultra Deep Field und brachte neue Details über die Sternentstehungsgeschichte des Universums ans Licht. Auf dieser Nahaufnahme ist eine solche Galaxie (orange) zu sehen, die viel Kohlenstoffmonoxid zur Sternentstehung besitzt. Die blaugefärbten Galaxien wurden von Hubble aufgenommen.

Dieses Bild basiert auf der ALMA-Durchmusterung von Manuel Aravena, Fabian Walter und Kollegen, die etwa ein Sechstel der HUDF-Fläche abdeckt.

Diese Bildausschnitte stammen aus einer Zusammensetzung eines Hintergrundbildes, das vom Hubble-Weltraumteleskop von NASA/ESA aufgenommen wurde (blau/grün), mit einer neuen sehr tiefen ALMA-Aufnahme desselben Bereichs (orange, mit Kreisen gekennzeichnet). Alle Objekte, die ALMA beobachtet hat, scheinen massereiche Galaxien mit Sternentstehung zu sein.

Dieses Bild basiert auf der ALMA-Durchmusterung von J. Dunlop und Kollegen, die die kompletten HUDF-Fläche abdeckt.

In dieser neuen Aufnahme vom Very Large Telescopes der ESO am Paranal-Observatorium sind die spektakulären Auswirkungen eines 360 Millionen Jahre alten kosmischen Zusammenstoßes deutlich zu erkennen. Unter den Überbleibseln, die die elliptische Galaxie NGC 5291 in der Mitte umgeben, findet sich auch eine seltene und rätselhafte junge Zwerggalaxie, auch bekannt als NGC 5291N. Sie bietet Astronomen eine ausgezeichnete Gelegenheit, um mehr über ähnliche Galaxie zu erfahren, von denen man ausgeht, dass sie im frühen Universum häufig vorkamen. Normalerweise sind sie jedoch zu lichtschwach und weit entfernt, um sie mit heutigen Teleskopen beobachten zu können.

Am 27. Oktober 2015 hat der Swift-Satellit der NASA/ASI/UKSA um 22:40 Weltzeit seinen 1000. Gammastrahlen-Ausbruch (GRB für engl. gamma-ray burst) beobachtet. Anschließend haben die ESO-Teleskope des La Silla Paranal-Observatoriums im Norden Chiles ebenfalls diesen besonderen Ausbruch beobachtet. Dabei entpuppte sich der GRB als besonders interessantes Objekt.

Das Bild zeigt das Nachglühen des Objekts im optischen und infraroten Bereich. Es wurde mit GROND auf dem MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop am La-Silla-Observatorium der ESO aufgenommen. Der GRB ist der blasse, sternähnliche Punkt im Zentrum des Bildes. Auch wenn er in diesem Bild nur als kleiner Punkt zu erkennen ist, ist der GRB tatsächlich deutlich weiter von uns entfernt als alle anderen Objekte, die in diesem Bild zu sehen sind.