Der am weitesten entfernte Stern – oder möglicherweise ein Sternpaar – den Astronomen je gesehen haben, wurde dank des Hubble-Teleskops und eines riesigen Galaxienhaufens entdeckt. Weit entfernt von der Erde krümmt sich das Universum um den Großteil des Galaxienhaufens und erzeugt in der Raumzeit eine Gravitationslinse, ähnlich der gekrümmten Linse in einem Vergrößerungsglas. Wie ein Vergrößerungsglas enthüllte es etwas Kleines und Verborgenes: ein Sternensystem aus dem frühen Universum.
Das ferne Sternensystem hat den offiziellen Namen WHL0137-LS, aber die Astronomen, die es gefunden haben, nannten es „Earendel“ nach dem altenglischen Wort für „Morgenstern“ oder „aufgehendes Licht“.
Das Earendel-System, wie wir es heute sehen, leuchtete den Autoren zufolge nur 900 Millionen Jahre nach dem Urknall Neues Papier im Magazin Natur die Entdeckung beschreiben. 12,8 Milliarden Jahre vergingen, bevor das Licht das Hubble-Weltraumteleskop erreichte, verstärkt durch einen glücklichen Gravitationstrick, um als winziger Photonenfleck auf dem Hubble-Bildsensor zu erscheinen. Earndel ist 8,2 Milliarden Jahre älter als die Sonne und die Erde und 12,1 Milliarden Jahre älter als die ersten Tiere auf unserem Planeten.
Sogar nach alten Sternenstandards sticht Earndell hervor: Astronomen bemerken, dass der frühere Rekordhalter mit dem Spitznamen Ikarus vor 9,4 Milliarden Jahren erschien – 3,4 Milliarden Jahre jünger als der neue Rekordhalter. Selbst die ältesten bekannten Supernovae, die normalerweise die hellsten und am leichtesten zu beobachtenden Einzelobjekte in der gesamten Raumzeit sind, sind kleiner als Earndel.
Durch die Linse der Schwerkraft sehen
Die Hauptgalaxie von Earndale, der Sonnenaufgangsbogen, leitet ihren Namen von dem Gravitationsumkehreffekt ab, der diese Entdeckung ermöglichte.
Brian Welch, Astronom an der Johns Hopkins University und Hauptautor von Natur Papier.
Welch sagte die Kante Er stolperte über Earndel, als er dieselbe Gravitationslinse studierte.
Gravitationslinsen neigen wie Vergrößerungslinsen dazu, Bilder zu verzerren und zu verzerren, und haben Bereiche mit höherer und niedrigerer Vergrößerung. Wenn Sie zu Hause eine Lupe haben, ist dies wahrscheinlich die beste Vergrößerung In der Mitte eines einfachen Kreises. Gravitationslinsen sind schwieriger zu verwenden.
In einer Gravitationslinse gibt es eine Linie, die als „kritische Kurve“ bezeichnet wird, wo die Vergrößerung am intensivsten ist. Objekte, die durch das Objektiv gesehen werden, werden über die kritische Kurve reflektiert und erscheinen mehrfach. Je näher sie aus unserer Erdperspektive an der Kurvenlinie liegen, desto verstärkter sind sie.
„Ich habe ein Linseneffektmodell für einen Galaxienhaufen erstellt, mit dem Ziel, die Vergrößerung des Sonnenaufgangsbogens zu messen“, sagte Welch. „Modelle haben vorhergesagt, dass dieser helle Fleck auf dem Lichtbogen eine extrem hohe Vergrößerung haben muss.“
Welch erkannte, dass dieser helle Fleck etwas war, das eng an der kritischen Kurve ausgerichtet war – so nah und so klein, dass Hubbles scharfes Auge es schaffte, sein Doppelbild, das über die Linie reflektiert wurde, als einen einzigen Fleck aufzulösen. Diese Nähe zur kritischen Kurve bedeutet auch, dass, was auch immer es war, es bereits irgendwo zwischen 1.000 und 40.000 Mal vergrößert wurde, bevor es Hubble erreichte. So klein und schwach es dem Hubble-Teleskop erschien, war es tatsächlich viel kleiner – klein im Maßstab der Sunrise Arc Galaxy.
„Je mehr ich mich damit befasste, desto mehr stellte ich fest, dass die Quelle zu klein war, um etwas anderes als ein einzelner Stern (oder ein binäres System) zu sein“, sagte Welch.
altes Universum
Welch und ein großes internationales Team von Co-Autoren verbrachten dreieinhalb Jahre damit, Earndale durch verschiedene Hubble-Beobachtungen zu untersuchen, um zu bestätigen, dass sie etwas Reales und keinen vorübergehenden Lichteffekt sahen.
Welch sagte, die Zeit und Mühe hätten sich gelohnt, denn diese alten Sterne können uns etwas über die Geschichte des Universums lehren.
„Mit weit entfernten Objekten sehen wir die Vergangenheit des Universums und eine Zeit, als das Universum ganz anders aussah als heute“, sagte Welch. „Wir wissen, dass Galaxien zu diesem frühen Zeitpunkt anders aussehen, und wir wissen, dass es vorher relativ wenige Sternengenerationen gab.“
Sterne sind die Fabriken der schweren Elemente in unserem Universum, die entstehen, wenn leichtere Atome wie Wasserstoff und Helium durch Kernfusion zu schwererer Materie wie Kohlenstoff, Sauerstoff und sogar Eisen verschmelzen. Welch sagte, dass Earndale zu diesem frühen Zeitpunkt in der Geschichte unseres Universums möglicherweise nur sehr wenig Material in seinem System hatte, das schwerer als Helium war.
„Das genaue Studium dieses Linsensterns gibt uns einen neuen Einblick in das Aussehen von Sternen in diesen frühen Tagen und wie sie sich von Sternen im nahen Universum unterscheiden“, sagte Welch.
Das im Dezember 2021 gestartete James Webb Space Telescope (JWST) bereitet sich derzeit auf den wissenschaftlichen Betrieb vor. In der Abhandlung schreiben die Autoren, dass seine Optik, die viel klarer als Hubble ist, in der Lage sein sollte, ihre Schlussfolgerung zu bestätigen, dass Earendel eher ein einzelnes Sternensystem als eine Gruppe von Sternensystemen ist, die alle zusammen gruppiert sind. Sie hoffen auch zu erfahren, ob Earendel ein einzelner Stern oder ein Doppelsternsystem ist, und unter anderem mehr über die Temperatur und Masse des Sterns zu erfahren.
JWST wird damit beschäftigt sein, sich durch eine wissenschaftliche Wunschliste zu arbeiten, die in den Jahren, die Astronomen mit der Erwartung des Starts verbracht haben, so lang geworden ist. als die Kante Zuvor erwähnt. Dazu gehört die Untersuchung von Exoplaneten sowie des alten Universums – einschließlich Sternensystemen wie Erandel, die zu Beginn der Geschichte glühten.
Update 12:07 Uhr ET: Dieser Artikel wurde mit einem zusätzlichen Bild von Erandel und Sunrise Arch aktualisiert.
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