So wissen wir, dass es zwei Billionen Galaxien im Universum gibt

Wenn Sie den Nachthimmel durch den Schleier der Sterne und die Ebene der Milchstraße in der Nähe betrachten, können Sie nicht anders, als sich vor dem großen Abgrund des Universums, der dahinter liegt, klein zu fühlen. Obwohl fast alle für unsere Augen unsichtbar sind, enthält unser beobachtbares Universum, das sich über zehn Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen erstreckt, eine fantastisch große Anzahl von Galaxien.,

Wie viele Galaxien da draußen sind, war früher ein Rätsel, und Schätzungen stiegen von Tausenden auf Millionen auf Milliarden, während sich die Teleskoptechnologie verbesserte. Wenn wir die einfachste Schätzung mit der heutigen besten Technologie machen würden, würden wir sagen, dass es 170 Milliarden Galaxien in unserem Universum gibt. Aber wir wissen mehr als das, und unsere moderne Schätzung ist noch größer: zwei Billionen Galaxien. Hier ist, wie wir dort ankamen.

In einer idealen Welt würden wir einfach alle aufzählen. Wir würden unsere Teleskope auf den Himmel richten, das Ganze abdecken, jedes Photon sammeln, das uns in den Weg kommt, und jedes Objekt erkennen, das da draußen war, egal wie schwach., Mit beliebig guter Technologie und einer unendlichen Menge an Ressourcen würden wir einfach alles im Universum messen, und das würde uns lehren, wie viele Galaxien da draußen sind.

Aber in der Praxis wird das nicht funktionieren. Unsere Teleskope sind in der Größe begrenzt, was wiederum begrenzt, wie viele Photonen sie sammeln können und welche Auflösungen sie erreichen können. Es gibt einen Kompromiss zwischen wie schwach ein Objekt, das Sie sehen können, und wie viel vom Himmel Sie auf einmal aufnehmen können. Ein Teil des Universums wird durch intervenierende Materie verdeckt., Und je weiter ein Objekt entfernt ist, desto schwächer erscheint es; Irgendwann ist eine Quelle weit genug entfernt, dass selbst die Beobachtung für ein Jahrhundert eine solche Galaxie nicht enthüllen wird.

Wir können stattdessen einen klaren Teil des Universums betrachten, ohne Materie, Sterne oder Galaxien so tief wie möglich einzugreifen. Je länger du auf einen einzigen Fleck Himmel starrst, desto mehr Licht sammelst du und desto mehr wirst du darüber enthüllen. Wir taten dies zuerst in der Mitte der 1990er Jahre mit dem Hubble – Weltraumteleskop, zeigt auf einen Fleck Himmel, von dem bekannt war, dass er praktisch nichts enthält, und einfach an dieser Stelle zu sitzen und das Universum offenbaren zu lassen, was vorhanden war.,

Es war eine der riskantesten Strategien aller Zeiten., Wenn es fehlgeschlagen wäre, wäre es eine Verschwendung von über einer Woche Beobachtungszeit auf dem neu korrigierten Hubble-Weltraumteleskop gewesen, dem begehrtesten Observatorium, mit dem Daten aufgenommen werden können. Aber wenn es gelang, versprach es, einen Blick auf das Universum auf eine Weise zu werfen, die wir noch nie zuvor gesehen hatten.

Wir sammelten Daten für Hunderte von Umlaufbahnen über eine Vielzahl verschiedener Wellenlängen, in der Hoffnung, Galaxien aufzudecken, die schwächer, entfernter und schwerer zu sehen waren als alle zuvor entdeckten. Wir hofften zu erfahren, wie das ultra-ferne Universum wirklich aussah., Und als das erste Bild schließlich verarbeitet und veröffentlicht wurde, bekamen wir eine Ansicht wie keine andere.

Überall, wo wir hinschauten, gab es Galaxien in alle Richtungen. Nicht nur ein paar, sondern Tausende und abertausende von Ihnen., Das Universum war nicht leer und es war nicht dunkel; es war voller Lichtquellen. Soweit wir sehen konnten, waren Sterne und Galaxien überall verklumpt und gruppiert.

Aber es gab andere Grenzen. Die entferntesten Galaxien sind in der Expansion des Universums gefangen, wodurch sich entfernte Galaxien über den Punkt hinaus verschieben, an dem unsere optischen und Nahinfrarotteleskope (wie Hubble) sie erkennen könnten. Endliche Größen und Beobachtungszeiten bedeuteten, dass nur die Galaxien über einer bestimmten Helligkeitsschwelle zu sehen waren., Und sehr kleine Galaxien mit geringer Masse, wie Segue 3 in unserem eigenen Hinterhof, wären viel zu schwach und klein, um sie zu lösen.

So konnten wir unsere technologischen Grenzen von diesem Bild Mitte der 1990er Jahre überschreiten,aber trotzdem konnten wir nie alle Galaxien bekommen. Der beste Versuch, den wir jemals unternommen haben, war das Hubble eXtreme Deep Field (XDF), das ein zusammengesetztes Bild von ultravioletten, optischen und Infrarotdaten darstellte. Indem wir nur einen winzigen Fleck Himmel beobachteten, der so klein war, dass es 32 Millionen von ihnen brauchte, um alle möglichen Richtungen abzudecken, in die wir schauen konnten, sammelten wir insgesamt Daten im Wert von 23 Tagen.,

Das Zusammenstapeln von allem in einem einzigen Bild ergab etwas noch nie Dagewesenes: insgesamt rund 5.500 Galaxien. Dies stellte die höchste Dichte von Galaxien dar, die jemals durch einen schmalen, bleistiftartigen Strahl im Weltraum beobachtet wurden.

Sie könnten daher denken, dass wir die Anzahl der Galaxien im Universum schätzen könnten, indem wir die Anzahl nehmen, die wir in diesem Bild beobachtet haben, und es mit der Anzahl solcher Bilder multiplizieren, die es für die Abdeckung des gesamten Himmels benötigen würde.,

Tatsächlich können Sie dadurch eine spektakuläre Zahl erhalten: 5500 multipliziert mit 32 Millionen ergibt unglaubliche 176 Milliarden Galaxien.

Aber das ist keine Schätzung, das ist eine untere Grenze. Nirgendwo in dieser Schätzung tauchen die zu schwachen, zu kleinen oder zu nahen Galaxien auf. Nirgendwo erscheinen die Galaxien, die vom neutralen Gas und Staub verdeckt werden, noch die Galaxien, die sich jenseits der Rotverschiebungsfähigkeiten von Hubble befinden. Doch so wie diese Galaxien in der Nähe existieren, sollten sie auch im jungen, fernen Universum existieren.,

Die große Zutat, die wir brauchen, um eine echte Schätzung zu erstellen, ist also, wie sich Struktur genau im Universum bildet., Wenn wir eine Simulation durchführen können, die beginnt mit:

• die Zutaten, aus denen das Universum besteht,
• die richtigen Anfangsbedingungen, die unsere Realität widerspiegeln,
• und die richtigen Gesetze der Physik, die die Natur beschreiben,

Wir können simulieren, wie sich ein solches Universum entwickelt. Wir können simulieren, wann sich Sterne bilden, wann die Schwerkraft Materie in große Sammlungen zieht, um Galaxien zu erzeugen, und um zu vergleichen, was unsere Simulationen mit dem Universum vorhersagen, sowohl nah als auch fern, die wir tatsächlich beobachten.,

Vielleicht überrascht es, dass es im frühen Universum mehr Galaxien gibt als heute. Es überrascht jedoch nicht, dass sie kleiner und weniger massiv sind und dazu bestimmt sind, sich zu den alten Spiralen und Ellipsen zu verschmelzen, die das Universum dominieren, in dem wir derzeit leben. Die Simulationen, die am besten mit der Realität übereinstimmen, enthalten dunkle Materie, dunkle Energie und kleine Samenfluktuationen, die im Laufe der Zeit zu Sternen, Galaxien und Galaxienhaufen wachsen.,

Am bemerkenswertesten ist, wenn wir uns die Simulationen ansehen, die den beobachteten Daten am besten entsprechen, können wir basierend auf unserem fortschrittlichsten Verständnis extrahieren, welche Strukturklumpen einer Galaxie in unserem Universum entsprechen sollten.

Wenn wir genau das tun, erhalten wir eine Zahl, die keine untere Grenze ist, sondern eine Schätzung für die wahre Anzahl von Galaxien in unserem beobachtbaren Universum. Die bemerkenswerte Antwort?

Ab heute sollten zwei Billionen Galaxien in unserem beobachtbaren Universum existieren.

Dennoch unterscheidet sich diese Zahl so bemerkenswert von der Schätzung der unteren Grenze, die wir aus dem Hubble eXtreme Deep Field-Bild erhalten haben., Zwei Billionen gegenüber 176 Milliarden bedeutet, dass mehr als 90% der Galaxien in unserem Universum über die Erkennungsfähigkeiten selbst des größten Observatoriums der Menschheit hinausgehen, selbst wenn wir nach jeweils fast einem Monat suchen.

Im Laufe der Zeit verschmolzen Galaxien und wuchsen, aber kleine, schwache Galaxien sind bis heute erhalten. Selbst in unserer eigenen lokalen Gruppe entdecken wir immer noch Galaxien, die nur Tausende von Sternen enthalten, und die Anzahl der Galaxien, die wir kennen, ist auf mehr als 70 gestiegen., Die schwächsten, kleinsten, entferntesten Galaxien von allen bleiben weiterhin unentdeckt, aber wir wissen, dass sie da sein müssen. Zum ersten Mal können wir wissenschaftlich abschätzen, wie viele Galaxien es im Universum gibt.

Der nächste Schritt im großen kosmischen Puzzle besteht darin, so viele wie möglich zu finden und zu charakterisieren und zu verstehen, wie das Universum aufgewachsen ist. Angeführt vom James Webb Space Telescope und der nächsten Generation von bodengestützten Observatorien, darunter LSST, GMT und ELT, sind wir bereit, das bisher unsichtbare Universum wie nie zuvor zu enthüllen.