Galaxien mit hoher Rotverschiebung und kosmische Evolution

Die Beobachtung von Galaxien mit hoher Rotverschiebung ermöglicht es Astronomen, in der Zeit zurückzublicken und die Entstehung von Galaxien zu verfolgen, wodurch die Entwicklung der Sternentstehung und der Galaxieneigenschaften im Laufe der kosmischen Geschichte nachvollzogen werden kann.

Definition

Galaxien mit hoher Rotverschiebung sind Galaxien, die in großen kosmologischen Entfernungen beobachtet werden, deren Licht emittiert wurde, als das Universum jung war; ihre Untersuchung verfolgt die kosmische Evolution, die Veränderung der Galaxienpopulation und der globalen Sternentstehungsrate im Laufe der Geschichte des Universums.

Scope

Dieses Thema behandelt die Techniken zur Entdeckung entfernter Galaxien, wie die Lyman-Break-Methode, den Anstieg und Abfall der kosmischen Sternentstehungsrate, die Entwicklung von Galaxiengrößen, -massen und -morphologien mit der Rotverschiebung, die Rolle früher Galaxien bei der kosmischen Reionisierung sowie die Auswirkungen von Deep-Field- und Infrarot-Durchmusterungen.

Core questions

• Wie werden Galaxien im fernen, frühen Universum entdeckt und bestätigt?
• Wie hat sich die kosmische Sternentstehungsrate im Laufe der Zeit entwickelt?
• Wie verändern sich Galaxiengrößen, -massen und -formen mit der Rotverschiebung?
• Welche Rolle spielten frühe Galaxien bei der Reionisierung des Universums?

Key theories

Die Lyman-Break-Technik

Entfernte sternbildende Galaxien werden durch den starken Abfall in ihren Spektren jenseits der Lyman-Grenze identifiziert, was die photometrische Auswahl großer Stichproben nach Rotverschiebung ermöglicht.

Die kosmische Sternentstehungsgeschichte

Die volumenmittlere Sternentstehungsrate stieg von frühen Zeiten bis zu einem Höhepunkt vor etwa zehn Milliarden Jahren an und hat seitdem abgenommen, wodurch die Zeitlinie des Galaxienwachstums definiert wird.

Frühe Galaxien und Reionisierung

Es wird angenommen, dass die ersten Generationen von Galaxien die ultravioletten Photonen produzierten, die den intergalaktischen Wasserstoff reionisierten, wodurch die Galaxienentstehung mit einem wichtigen kosmischen Übergang verbunden wird.

Clinical relevance

Beobachtungen mit hoher Rotverschiebung sind der direkteste Beleg dafür, wie sich Galaxien und das Universum entwickelt haben. Sie liefern die empirische Zeitlinie, die Theorien der Galaxienentstehung erfüllen müssen, und treiben die Entwicklung von Deep-Field- und Infrarot-Weltraumteleskopen voran.

History

Tiefenbildgebende Durchmusterungen in den 1990er Jahren, einschließlich des Hubble Deep Field und Steidels Lyman-Break-Selektion, eröffneten das Universum mit hoher Rotverschiebung der systematischen Untersuchung. Das daraus resultierende Madau-Diagramm der kosmischen Sternentstehungsgeschichte, verfeinert durch Multiwellenlängen- und Infrarot-Durchmusterungen, wurde zu einem Eckpfeiler der Galaxienentwicklung.

Key figures

• Charles Steidel
• Piero Madau
• Mark Dickinson

Seminal works

• steidel1996
• madau2014
• dayal2018

Frequently asked questions

Warum bedeutet die Beobachtung entfernter Galaxien einen Blick in die Vergangenheit?

Licht bewegt sich mit endlicher Geschwindigkeit, daher hat das Licht einer sehr entfernten Galaxie diese vor Milliarden von Jahren verlassen. Die Beobachtung von Galaxien mit hoher Rotverschiebung zeigt sie daher so, wie sie im frühen Universum waren, und nicht, wie sie heute sind.

Was ist Rotverschiebung?

Rotverschiebung ist die Dehnung von Licht zu längeren Wellenlängen, während es sich durch das expandierende Universum bewegt. Eine höhere Rotverschiebung bedeutet, dass das Licht früher emittiert wurde und eine größere Strecke zurückgelegt hat, daher dient die Rotverschiebung als Maß für die kosmische Entfernung und die Rückblickzeit.