In einer Entfernung von mehr als 13 Milliardne Lichtjahren steht die bisher entfernteste Galaxie!
Untersuchungsmethode:
Das Gravitationsfeld eines massereichen Galaxienhaufens wirkt als eine Gravitationslinse: Das Licht einer weit entfernten Galaxie wird durch diese Bündelung bis zu 20 mal verstärkt und erst dadurch für uns nachweisbar.
Auf diese Art konnten Galaxien beobachtet werden (Richard Ellis, California Institute of Technology), deren Licht 13,2 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war. Als das Licht ausgesandt wurde, war der Kosmos gerade 500 Millionen Jahre alt.
300000 Jahre nach dem Urknall bestand der Kosmos noch aus dichtem heißem ionisierten Gas, das sich schnell abkühlte und neutral wurde. Erst die ersten Sterne oder Galaxien heizten das kalte Gas wieder so auf, dass es erneut ionisiert wurde. Ob die beobachteten Galaxien zu den ersten ihrer Art gehören?
"Damals" betrug die Tempertur des Kosmos nicht 2,7 K wie heute, sondern ca. 29 K und unser gesamter sichtbarer Kosmos hatte eine Ausdehnung von 1,3 Milliarden Lichtjahren, er war ca. 11 mal kleiner als heute (Rotverschiebung z = 10)
Bilder der Galaxien: Hier klicken!
Originaltext der Pressemitteilung:
Astronomers Claim to Find the Most Distant Known Galaxies
PASADENA, Calif.- Using natural "gravitational lenses," an international team of astronomers claim to have found the first traces of a population of the most distant galaxies yet seen-the light we see from them today left more than 13 billion years ago, when the universe was just 500 million years old.
Team leader Richard Ellis, the Steele Family Professor of Astronomy at the California Institute of Technology, will present images of these faint and distant objects in his talk on July 11 at the "From IRAS to Herschel and Planck" conference at the Geological Society in London. The meeting is being held to celebrate the 65th birthday of Royal Astronomical Society President Professor Michael Rowan-Robinson.
When light from very distant bodies passes through the gravitational field of much nearer massive objects, it bends in an effect known as "gravitational lensing." In a pioneering technique, the Caltech-led group used massive clusters of galaxies-the best example of natural gravitational lenses-in a series of campaigns to locate progressively more distant systems that would not be detected in normal surveys. The team found the galaxies using the 10-meter Keck II telescope, sited atop Mauna Kea on the Big Island of Hawaii.
Ellis explains, "Gravitational lensing is the magnification of distant sources by foreground structures. By looking through carefully selected clusters, we have located six star-forming galaxies seen at unprecedented distances, corresponding to a time when the universe was only 500 million years old, or less than four percent of its present age."
It is thought that when the universe was 300,000 years old it entered a period when no stars were shining. Cosmologists refer to this phase of cosmic history as the "Dark Ages." Pinpointing the moment of "cosmic dawn" when the first stars and galaxies began to shine and the Dark Ages ended is a major observational quest and provides the motivation for building future powerful telescopes such as the Thirty Meter Telescope, and the space-borne James Webb Telescope.
The new survey is the culmination of three years' painstaking observations which represent the thesis of Caltech graduate student Dan Stark. "Using Keck II, we have detected six faint star-forming galaxies whose signal has been boosted about 20 times by the magnifying effect of a foreground cluster. That we should find so many distant galaxies in our small survey area suggests they are very numerous indeed. We estimate the combined radiation output of this population could be sufficient to break apart (ionize) the hydrogen atoms in space at that time, thereby ending the Dark Ages," said Stark.
Proving definitively that each of the six objects is unambiguously at these enormous distances (and hence being viewed at such early times) is hard, even with the most powerful instruments. "As with all work at the frontiers, skeptics may wish to see further proof that the objects we are detecting with Keck are really so distant," confessed Ellis. However, in addition to numerous checks the team has made (described in their published scientific article) following their initial discovery a year ago, Ellis and Stark point to supporting evidence from galaxies containing old stars that are seen when the universe was just a bit older.
"We can infer the universe had a lot of star formation at these early times from Spitzer Space Telescope measurements of larger galaxies seen when the universe was about 300 to 500 million years older," explains Stark. "These galaxies show the tell-tale sign of old stars (and were described in earlier work by Ellis and Stark with UK scientist Andrew Bunker). To produce these old stars requires significant earlier activity, most likely in the fainter star-forming galaxies we have now seen."
Also associated with the program is Caltech postdoctoral scholar Johan Richard, who is leading a similar, but independent, survey of magnified galaxies detected with the Hubble and Spitzer space telescopes. Although that work is not yet complete, preliminary findings support the conclusions of the Keck II survey. European collaborators include Jean-Paul Kneib of the Laboratory of Astrophysics at Marseilles, and Graham Smith at the University of Birmingham.
Einem Forscherteam aus Frankreich ist es gelungen supraleitendes Silizum herzustellen! Was ist ein Halbleiter?
Silizium ist ein Halbleiter, d.h. er besitzt bei niedrigen Temperaturen keine freien Ladungsträger. Aber durch die thermischen Schwingungen brechen schon bei Zimmertemperatur genügend viele der Atombindungen zwischen den Si-Atomen auf und es entstehen freie Elektronen. Die Bindungslücken sitzen an den nun positiv geladenen Si-Atomen und können verschoben werden (Löcherleitung).
Damit leitet Silizium nicht so gut wie ein Metall aber deutlich besser als ein Isolator, zumindest bei Zimmertemperatur. Bei tiefen Temperaturen steigt der Widerstand stark an!
Schon lange werden Siliziumkirstalle dotiert, d.h. Fremdatome mit anderer Wertigkeit eingebaut. Atome mit drei Valenzelektronen erzeugen neue Bindungslücken, unterstützen also die Löcherleitung (p-Halbleiter). Atome mit fünf Valenzelektronen geben ihr zusätzliches Elektron beim Einbau in den Si - Kristall ab und unterstützen die Elektronenleitung (n-Halbleiter).
Die Mikroelektronik funktioniert durch Zusammenschalten von p - und n -Halbleitern!
Der Widerstand eines Supraleiters
Der Widerstand eines Metalles entsteht durch die Abweichung von der exakten Gitterstruktur und durch die Wärmebewegungen der Metallionen, die die Elektronenausbreitung behindern.
Bei einer Temperatur nahe 0 K fällt dieser Anteil weg, aber die Wirkung des unregelmäßigen Aufbaus sollte bleiben.
Alle Metalle und viele andere Stoffe aber ermöglichen bei sehr tiefen Temperaturen einen quantenmechanischen Effekt ihrer freien Elektronen (Entstehung von schwach gebundenen Cooper-Paaren), der zum vollständigen Verlust jedes elektrischen Widerstandes führt (Supraleitung).
Einmal angestoßen (z.B. durch Induktionseffekte eines Magnetfeldes) fließt der elektrische Strom im Supraleiter ohne Spannung als Antrieb permanent weiter.
Silizium als Supraleiter
Dotiert man einen Silizium-Kristall extrem stark mit Boratomen so wird er unterhalb von 0,35 K supraleitend!
Dotiert man 1 Bor - Atom pro 10 Milliarden Si-Atome, so erhält man einen normalen p-Halbleiter. Bei einer Dotierung von 1:10000 wird Silizium zu einem normalen Leiter und bei einer Dotierung von 1:50 wird es bei Abkühlung zu einem Supraleiter!
Um diese riesige Menge an Boratomen in das Silizium zu bringen, wird ein hochenergetischer, gepulster Laserstrahl benutzt, der einen dünnen Si-Film aufschmilzt und dabei Boratome hineindrückt, die dann beim Aushärten im Silizium festfrieren.
Die erfolgreichen Physiker aus Grenoble hoffen damit Nanostrukturen auf Siliziumbasis zu entwickeln, die supraleitend werden können.
Die Arbeit ist im letzten Nature 444,465 (2006) erschienen.
Mit Hilfe von Gravitationslinsenmessungen mit dem Weltraumteleskop Hubble ist ein Ring aus Dunkler Materie nachgewiesen worden, der sich aus der Kollision zweier Galaxienhaufen entwickelt hat.
«Hubble» kartiert Dunkle Materie
Garching/Washington (dpa) - Das Weltraumteleskop «Hubble» hat einen der bislang stärksten Beweise für die Existenz der mysteriösen Dunklen Materie im All geliefert. In einem fünf Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen entdeckten Forscher mit dem Teleskop einen Ring aus der rätselhaften Substanz, wie das europäische «Hubble»-Zentrum am Dienstag in Garching bei München berichtete. Dunkle Materie, deren Zusammensetzung völlig unbekannt ist, findet sich im Universum mindestens fünf mal häufiger als gewöhnliche Materie, aus der Sterne und Planeten aufgebaut sind. Sie lässt sich allerdings nicht direkt beobachten, sondern verrät sich nur durch ihre Schwerkraft.
Die Forscher um James Jee von der Johns-Hopkins-Universität in Baltimore nahmen den Galaxienhaufen ZwCl0024+1652 im Sternbild Fische ins Visier. Dabei entdeckten sie eigentümliche Verzerrungen, die sie zunächst für Abbildungsfehler hielten. Die genaue Analyse zeigte dann, dass die Verzerrungen von der Schwerkraft eines riesigen Rings Dunkler Materie verursacht werden, der vermutlich in einer gigantischen Kollision zweier Galaxienhaufen entstanden ist. «Obwohl unsichtbare Materie schon in anderen Galaxienhaufen gefunden wurde, ist sie noch nie so stark getrennt von den Galaxien und dem heißen Gas der Galaxienhaufen aufgespürt worden», sagte Jee.
Der Ring aus Dunkler Materie verzerrt mit seiner großen Schwerkraft das Licht dahinter liegender Galaxien. Die Astronomen vergleichen das mit dem verzerrten Abbild von Kieselsteinen am Boden eines Teichs, in den ein Steinchen geworfen wurde. Eine ähnliche Beobachtung hatten andere Forscher im vergangenen Jahr bei einer weiteren Galaxienhaufenkollision gemacht. Bei dieser Kollision, die von der Erde aus von der Seite zu sehen ist, trennte sich das heiße, gewöhnliche Gas beider Galaxienhaufen von den Galaxien und der Dunklen Materie.
In der jetzt beschriebenen Kollision, die genau von vorne zu sehen ist, entstand ein offensichtlich isolierter Ring aus reiner Dunkler Materie. Die Forscher hoffen nun, aus der Beobachtung mehr über das Schwerkraftverhalten der rätselhaften Substanz zu erfahren. «Die Natur macht ein Experiment für uns, das wir nicht im Labor machen können», sagte Jees Universitätskollege Holland Ford.
Weitere Infos:
«Hubble»-Mitteilung zu der Entdeckung (mit Bildern und Videos):
http://www.spacetelescope.org/news/html/heic0709.html
Hubble Space Telescope:
http://www.spacetelescope.org
Galaxienhaufen mit Gravitationslinseneffekt
Weitere Info mit Videoanimation und Bildern: Hier klicken
Die Bilder weit entfernter Galaxien sind ringförmig verzerrt, hervorgerufen durch den näher gelegenen Ring aus DM.
Vergleich: Der Anblick von Kieselstein am Boden eines Teiches an dessen Oberfläche eine ringförmige Welle ausgebreitet ist.
Ring aus Dunkler MaterieAus der Verzerrung kann man die Verteilung der DM berechnen.
The ring-like structure is evident in the blue map of the cluster's dark matter distribution. The map is superimposed on a Hubble image of the cluster. The ring is one of the strongest pieces of evidence to date for the existence of dark matter, an unknown substance that pervades the universe.
The map was derived from Hubble observations of how the gravity of the cluster ZwCl0024+1652 distorts the light of more distant galaxies, an optical illusion called gravitational lensing. Although astronomers cannot see dark matter, they can infer its existence by mapping the distorted shapes of the background galaxies. The mapping also shows how dark matter is distributed in the cluster.
Astronomers suggest that the dark-matter ring was produced from a collision between two gigantic clusters.
Dark matter makes up the bulk of the universe's material and is believed to make up the underlying structure of the cosmos.
The Hubble observations were taken in November 2004 by the Advanced Camera for Surveys (ACS). Thanks to the exquisite resolution of the ACS, astronomers saw the detailed cobweb tracery of gravitational lensing in the cluster.
Credit: NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University)
GalaxienhaufenkollisionDie Kollision der Galaxienhaufen von der Seite uind von der Erdsicht als Simulation.
Bei dem Zusammenstoß der Galaxienhaufen ist die Dunkle Materie ins Zentrum des vereinigten Haufens gefallen, zurückgeprallt und wieder nach außen katapultiert worden. Während sie vom Zentrum wegflog, ist sie jedoch unter dem Einfluss der Schwerkraft allmählich langsamer geworden und hat sich immer mehr angehäuft. Dabei ist eine Struktur entstanden, die für irdische Beobachter wie ein Ring aussieht. In zuvor untersuchten Galaxienhaufen hatten die Verteilungen der beiden Materieformen stets überein gestimmt - wie man es auch erwarten sollte, da sich die beiden mittels ihrer Schwerkraft gegenseitig anziehen. Dieses Bild ändetr sich aber durhc die Kollision.
Infos auf dieser Homepage: Zwerggalaxien aus Dunkler Materie
Gerüst des Univerusms aus Dunkler Materie entdeckt
Kommt das satellitengestützte globale Quantenkryptographie System?
Verschlüsselte Botschaft über Rekord-Distanz
Die quantenmechanische Verschränkung zweier Photonen bleibt selbst über eine Distanz von 144 km erhalten.
Mit Hilfe der Quantenkryptographie soll eine abhörsichere Kommunikation ermöglicht werden. Ein großer Schritt auf dem Weg dorthin gelang nun einem internationalen Forscherteam unter der Leitung von Harald Weinfurter, Professor für Quantenoptik an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und Max-Planck-Institut für Quantenoptik, und Anton Zeilinger, Professor an der Universität Wien. In einem Experiment konnten sie aufzeigen, dass die so genannte quantenmechanische Verschränkung, die von Albert Einstein als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnet wurde, selbst über eine Distanz von 144 km nachweisbar bleibt – zehn mal weiter als je zuvor gemessen. Das Ergebnis hat nicht nur Bedeutung für die Grundlagenphysik sondern auch für die praktische Anwendung: Die Quantenverschränkungen können zur Erzeugung eines geheimen Schlüssels und damit zur abhörsicheren Nachrichtenübertragung verwendet werden, wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Physics berichten.
Lichtteilchen sind bei diesem Experiment die Träger von Informationen. Licht hat zugleich Wellen- und Teilcheneigenschaften. Die quantenmechanische Eigenschaft der Verschränkung von Photonen verursacht übereinstimmende Messergebnisse an Teilchenpaaren – egal wie weit die Teilchen voneinander entfernt sind. In der experimentellen Studie für die Europäische Raumfahrtagentur ESA fragten die Forscher danach, was passiert wenn eines von zwei verschränkten Lichtteilchen weit entfernt vom anderen gemessen wird. Die Situation scheint zunächst sehr dem Spiel mit zwei herkömmlichen Würfeln ähnlich zu sein. Nach einem Wurf zeigt jeder der beiden eine zufällige Augenzahl – das gleiche würden wir auch bei verschränkten Würfeln beobachten. Während aber bei herkömmlichen Würfeln die beiden Zahlen unabhängig voneinander sind, zeigen „verschränkte Würfel“ immer die gleiche Augenzahl, egal wie weit sie voneinander getrennt sind. Genau dieser Umstand wird in der Quantenkryptographie ausgenutzt, um einen kryptographischen Schlüssel zu erstellen.
Im Experiment wurden die verschränkten Photonen am Roque de los Muchachos Observatorium (2.400 m) auf der Kanarischen Insel La Palma erzeugt. Eines der Photonen wurde über ein Teleskop auf seine 144 km lange Reise durch die Luft zur Nachbarinsel Teneriffa geschickt, wo das OGS, ein für die Satellitenkommunikation gebautes Teleskop der ESA, als Empfänger diente. Das Schwester-Photon wurde lokal in La Palma gemessen, wobei die Messergebnisse der Polarisation (entspricht der Augenzahl der Würfel) der beiden Photonen miteinander verglichen wurden. Mit großer Wahrscheinlichkeit ergab die Messung in La Palma dasselbe Ergebnis wie die Messung am Photon in Teneriffa. Mittels dieser Eigenschaft konnte ein geheimer Schlüssel ausgetauscht werden, den nur die rechtmäßigen Sender und Empfänger kennen und daher zur abhörsicheren Nachrichtenübertragung verwenden können.
Wenngleich der quantenmechanische Effekt der Verschränkung schon lange bekannt und in vielen Experimenten untersucht worden ist, ist es eine gewaltige technische Herausforderung, dies über sehr große Distanzen zu realisieren. Auf dem Weg durch die Atmosphäre wechselwirken die Lichtteilchen mit Atomen und Molekülen, obendrein lenkt Luftunruhe den Lichtstrahl ab, ähnlich dem Flirren über heißem Asphalt. Im Experiment konnte jedoch eine hohe Verschränkungsqualität der Partnerteilchen nachgewiesen werden. Alternativ können auch schwache Laserpulse zur Quantenkryptographie verwendet werden, bisher aber nur über kurze Distanzen. Im Rahmen des ESA-Projekts (General Study Programme) wurde gezeigt, dass, unter Ausnutzung einer neuartigen Kodierung, mit vergleichbarer Ausbeute Schlüssel auch über diese große Entfernung erzeugt werden können (Phys. Rev. Lett. 98, 010504).
Will man mit Satelliten kommunizieren ist die Entfernung zwar größer, aber die störende Luftschicht deutlich dünner. Die Experimente zeigen daher eindeutig, dass sichere Nachrichtenübertragung von und zu Satelliten auf Basis der Quantenkommunikation schon mit heutiger Technologie möglich ist. Die Europäische Raumfahrtagentur ESA plant bereits weitere Schritte hin zur globalen Verteilung von Quantenzuständen entweder mittels Satelliten, oder mit einem Quantenkommunikationsmodul installiert am europäischen Weltraumlabor Columbus der Internationalen Raumstation ISS. Damit wird es möglich sein, die bisherige Entfernungsbegrenzung der Quantenkryptographie zu überwinden und Quantenkommunikation auf globalem Niveau zu verwirklichen.
Quelle: LMU München
Weitere Infos:
Originalveröffentlichungen:
R. Ursin et al., Entanglement-based quantum communication over 144 km, Natur Physics (Published online):
http://dx.doi.org/10.1038/nphys629
http://arxiv.org/abs/quant-ph/0607182v2
Arbeitsgruppe Harald Weinfurter – Experimantal Quantum Physics:
http://xqp.physik.uni-muenchen.de/index.html
Ludwig-Maximilians-Universität München:
http://www.uni-muenchen.de
Weitere Literatur:
Danna Rosenberg et al.: Long-Distance Decoy-State Quantum Key Distribution in Optical Fiber. Phys. Rev. Lett. 98, 010503 (2007).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.010503
http://arxiv.org/abs/quant-ph/0607186
Tobias Schmitt-Manderbach et al.: Experimental Demonstration of Free-Space Decoy-State Quantum Key Distribution over 144 km. Phys. Rev. Lett. 98, 010504 (2007).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.010504
Cheng-Zhi Peng et al.: Experimental Long-Distance Decoy-State Quantum Key Distribution Based on Polarization Encoding. Rev. Lett. 98, 010505 (2007).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.010505
http://arxiv.org/abs/quant-ph/0607129
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