Diese sechs vom JWST eingefangenen fernen Galaxien verblüffen Astronomen

Diesen Monat enthüllten Forscher die Ergebnisse einer der größten und tiefsten astronomischen Untersuchungen des Nachthimmels, die jemals vom James Webb Space Telescope (JWST) durchgeführt wurde. Diese Bemühungen identifizierten einige der ältesten Galaxien, die jemals gesehen wurden – innerhalb der ersten 650 Millionen Jahre nach der Geburt des Universums im Urknall. Die Ergebnisse verblüfften die Astronomen und zeigten, dass sich Sterne und Galaxien viel früher bildeten und entwickelten, als irgendjemand erwartet hätte.

Das als JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) bekannte Projekt untersuchte mehrere Himmelsflecken, darunter einen im Sternbild Fornax – das 2004 berühmt wurde, nachdem das Hubble-Weltraumteleskop es 11 Tage lang beobachtete und dabei Tausende von Galaxien enthüllte . Im Gegensatz zu Hubble arbeitet das JWST hauptsächlich mit infraroten Lichtwellenlängen, was es ideal für die Beobachtung extrem weit entfernter Galaxien macht, deren Licht sich mit der Ausdehnung des Universums ausdehnt und es röter erscheinen lässt.

Das Sternenlicht dieser Objekte hat so große Entfernungen zurückgelegt, dass es schien, als sei es nicht lange nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren passiert. Astronomen messen Entfernungen mithilfe eines Faktors, der als Rotverschiebung bezeichnet wird: Je größer die Rotverschiebung, desto weiter ist ein Objekt entfernt.

Vor dem Start von JWST im Jahr 2021 wurden nur ein paar Dutzend Galaxien mit Rotverschiebungen größer als 8 beobachtet. JADES hat satte 717 Galaxien identifiziert, die möglicherweise in diesem Bereich liegen.¹. Hier helfen Astronomen Natur Verschaffen Sie sich einen Überblick über die Datenflut, indem Sie einige ihrer Lieblingsgalaxien auswählen (von der entferntesten zur entferntesten) und erklären, was uns die Objekte über die Frühzeit des Universums lehren können.

Rekordhalter

Dieser schwache rote Fleck sieht vielleicht nicht nach viel aus, ist aber der aktuelle Rekordhalter für das am weitesten entfernte bekannte Objekt im Universum. JWST entdeckte die Galaxie, bekannt als JADES-GS-z13-0, Ende letzten Jahres und bestätigte sie anschließend², durch detaillierte Studien des Sternenlichts, dass es sich bei einer Rotverschiebung von 13,2 befindet. Das heißt, es sieht so aus, als ob es nur 320 Millionen Jahre nach dem Urknall passiert wäre.

Die Galaxie ist physikalisch klein, hat einen Durchmesser von einigen hundert Lichtjahren, aber sie pumpt neue Sterne mit einer Geschwindigkeit aus, die mit der heutigen Milchstraße vergleichbar ist, sagt Brant Robertson, ein Astronom an der University of California in Santa Cruz. Das ist bemerkenswert, weil Wissenschaftler glaubten, dass die ersten Galaxien, die sich im Universum bildeten, langsam zusammenkommen würden, wenn die Sterne aufflammten und sich vereinten. JADES-GS-z13-0 und ähnliche Dinge erscheinen³ dass frühe Galaxien Brutstätten der Sternentstehung waren.

„Diese Galaxien sind die Bausteine ​​der Struktur im Universum“, sagt Kevin Heinlein, Astronom an der University of Arizona in Tucson. Bei JWST, fügt er hinzu, „sehen wir sie überall.“

Leuchtender Hundeknochen

Forscher glauben, dass dieses hundeknochenförmige Objekt eine Rotverschiebung von 11,3 aufweist, obwohl dieser Abstand noch bestätigt werden muss. Vorausgesetzt, es sieht genauso aus wie etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall.

JWST entdeckte früher mehr Strukturen im Universum als erwartet: Die Hundeknochen scheinen zwei kleinere Galaxien zu sein, die gerade verschmelzen. 400 Millionen Jahre nach dem Urknall hatte das Universum also bereits Sterne gebildet, die zu Galaxien verschmolzen waren, und zwei dieser Galaxien waren zusammengekommen.

Bevor das James-Webb-Weltraumteleskop begann, den Nachthimmel zu untersuchen, hätten Wissenschaftler kaum gedacht, dass so früh im Universum so viel galaktische Bewegung möglich sei. „Ich hatte nicht erwartet, diese Art von Objekten in unseren Daten zu finden“, sagt Hainline.

Derjenige, der (vielleicht) die ersten Sterne hat

Mit einer Rotverschiebung von 10,6 erscheint diese Galaxie nur 430 Millionen Jahre nach dem Urknall überraschend hell, sagt Robertson. Die Galaxie namens GN-z11, die erstmals von Hubble entdeckt wurde, erschien unter JWSTs Blick als unglaublich kompakter Ball.⁴. Diese Helligkeit könnte von einem supermassiven Schwarzen Loch in seinem Zentrum herrühren, um das sich spiralförmig abgeschirmtes Gas und Staub winden⁵.

Andere JWST-Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese Galaxie einige der ersten Sterne enthält, die im Universum entstanden sind⁶. Die Beweise in Form chemisch ungewöhnlicher Taschen aus ursprünglichem Heliumgas an den Rändern der Galaxie sind vorläufig.

Aber die ersten Sterne bestanden hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und nur sehr wenigen anderen chemischen Elementen. Genau das hat JWST möglicherweise beim GN-z11 entdeckt. Wenn ja, würde es den lang gehegten Traum der Astronomen erfüllen, diese Sterne zu entdecken.

Ein großer Klumpen

Diese prall gefüllte Galaxie liegt bei einer Rotverschiebung von 8, womit sie etwa 300 Millionen Jahre hinter dem Rekordhalter liegt. Aufgrund der klumpigen Struktur, die es entwickelt hatte, müssen diese 300 Millionen Jahre jedoch voller Aufregung gewesen sein.

Wenn man die 13,8 Milliarden Jahre Geschichte des Universums in einem zweistündigen Film zusammenfassen würde, würden laut Hainline in den ersten fünf Minuten – in denen alles Folgende dargestellt wird – alle vom JWST entdeckten frühen Galaxien zu sehen sein. Und diese riesige Galaxie, deren Durchmesser etwa 3,7 Kilofarcis (12.000 Lichtjahre) beträgt, weist darauf hin, dass das Universum von Anfang an dynamisch war.

Von innen heraus

In dieser kleinen Galaxie, die 700 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet wurde, bilden sich in ihren Randgebieten mehr Sterne als in ihrem Zentrum.

„Es ist das erste Mal, dass wir das innere Wachstum des Universums in einem so frühen Stadium messen können“, sagt Sandro Taquila, Astrophysiker an der Universität Cambridge, Großbritannien. Das ist überraschend, denn die Theorie legt das Gegenteil nahe – dass sich in frühen Galaxien in der Nähe ihres Zentrums Sterne gebildet haben müssen.

Diese Galaxie scheint sofort begonnen zu haben und in ihrem kompakten Kern so viele Sterne zu bilden wie die größeren Galaxien jetzt⁷. Danach widmete es sich der Entstehung von Sternen an seinen Rändern, dem Stadium, in dem Astronomen es heute beobachten können.

kosmische Rose

Diese blütenartige Ansammlung sehr staubiger, extrem roter Galaxien erregte fast sofort die Aufmerksamkeit des JADES-Teams und brachte ihr den Spitznamen „Kosmische Rose“ ein.

„Er nimmt einen besonderen Platz im Herzen des Teams ein“, sagt Stacy Alberts, Astronomin an der University of Arizona in Tucson. „Wissenschaftlich gesehen ist es eine schöne Demonstration des Fortschritts von JWST beim Verständnis, wie rot das Universum ist.“

Die Rosettengalaxien sind wahrscheinlich physikalisch nicht miteinander verwandt, da sie in unterschiedlichen Entfernungen liegen, die Rotverschiebungen von 2,5 bis 3,9 beinhalten. Aber diese Werte stellen es in den Mittelpunkt des „kosmischen Mittags“, einer Zeit etwa drei Milliarden Jahre nach dem Urknall, als Galaxien so schnell und heftig Sterne bildeten, dass sie die meisten der heute im Universum bekannten Sterne hervorbrachten.