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Astronomen finden früheste Galaxie

James-Webb-Teleskop zeigt Galaxie, die schon 300 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte

GLASS-z13
Dieser verwaschene rote Fleck ist das vom James-Webb-Teleskop eingefangene Licht der frühen Galaxie GLASS-z13 – sie existierte schon 300 Millionen Jahre nach dem Urknall. © Naidu et al./ T. Treu/UCLA und GLASS-JWST (NASA/CSA/ESA/STScI); Pascal Oesch/ Universität Genf & Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institute/ University of Copenhagen

Blick zurück: Astronomen haben die bisher älteste bekannte Galaxie entdeckt – sie existierte schon 300 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die GLASS-z13 getaufte Sternansammlung war nach heutigen Maßstäben winzig, hatte aber schon eine sehr aktive Sternbildung, wie ihr Lichtspektrum nahelegt. Aufgespürt wurde die neue Rekord-Galaxie in den ersten Aufnahmen des neuen James-Webb-Weltraumteleskops – das bestätigt sein Potenzial für astronomische Entdeckungen.

Wann entstanden die ersten Sterne und Galaxien im Kosmos? Bisher ist diese Frage nicht eindeutig beantwortet, denn nur wenige Teleskope können weit genug ins All blicken, um so weit entfernte und frühe Objekte sichtbar zu machen. Astronomen kennen daher erst wenige Galaxien, die mehr als 13 Milliarden Jahre alt sind. Die bisher ältesten Vertreter solcher Sternansammlungen sind Gn-z11, die schon 400 Millionen Jahre nach dem Urknall bestand, und die erst kürzlich entdeckte Galaxie HD1. Sie bestand schon 330 Millionen Jahre nach dem Urknall und war daher bislang die früheste bekannte Galaxie.

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Der rote Punkt in dieser NIRCam-Kompositaufnahme des JWST ist der neue Rekordhalter GLASS-z13. © JWST NIRCam (Naidu et al. 2022). T. Treu/UCLA und GLASS-JWST; Gabriel Brammer/ Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institute/ University of Copenhagen

Entdeckung in den ersten Daten des Webb-Teleskops

Doch nun gibt es einen neuen Rekordhalter – und aufgespürt hat ihn das neue James-Webb-Weltraumteleskop. Seine Near Infrared Camera (NIRCam) arbeitet im Nahinfrarotbereich von 0,5 bis 6 Mikrometern und kann damit genau die Wellenlängen einfangen, die von fernen, stark ins Rot verschobenen Lichtquellen ausgehen. Eine der Hauptaufgaben des Teleskops ist es daher auch, in die Zeit der ersten Galaxien zurückzublicken.

Für ihre Studie hatten sich Astronomen um Rohan Naidu vom Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian die ersten „Deep-Field“-Daten des Teleskops vorgenommen, um in ihnen nach frühen, leuchtstarken Galaxien zu suchen – und sie wurden fündig.

Die Astronomen entdeckten zwei Galaxien, deren Licht eine Rotverschiebung von z=11 und z=13,1 zeigte. Die erste, GLASS-z11 getaufte Sternansammlung bestand demnach bereits 400 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die zweite Galaxie, GLASS-z13, könnte sogar die älteste je beobachtete Sternansammlung sein: Ihre Sterne leuchteten bereits rund 300 Millionen Jahre nach dem Urknall – damit ist diese Galaxie noch einmal 30 Millionen Jahre älter als der bisherige Rekordhalter HD1, wie die Astronomen berichten.

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Helle, hoch aktive Winzlinge

Spannend auch: Aus dem Lichtspektrum der beiden Ur-Galaxien konnten die Astronomen Näheres über ihre Größe und Beschaffenheit ermitteln. Beide Galaxien enthalten demnach jeweils rund eine Milliarde Sonnenmassen an Sternen und sind 1.600 und 2.300 Lichtjahre groß. Gemessen an heutigen Galaxien sind sie damit noch echte Winzlinge: Die Milchstraße ist mehr als 170.000 Lichtjahre groß und umfasst bis zu 400 Milliarden Sterne.

Trotz ihrer geringen Größe sind diese frühen Galaxienzwerge aber schon sehr aktiv: Sie müssen zu ihrer Zeit starke UV-Strahlung freigesetzt haben, was auf eine intensive Sternbildung hindeutet. GLASS-z11 und GLASS-z13 gehören damit wie schon GNz11 zu den stark leuchtenden (luminous) Galaxien. „Dies deutet darauf hin, dass die frühere Entdeckung von GN-z11 nicht bloß glücklicher Zufall war, sondern dass es in dieser kosmischen Frühzeit eine ganze Population solcher UV-leuchtstarker Quellen mit starker Sternbildung gab“, konstatieren Naidu und seine Kollegen.

Frühe Scheibe

Und noch etwas verraten die Webb-Aufnahmen: Die etwas jüngere Galaxie GLASS-z11 ist weniger klumpig und ungeordnet, als man es bisher für so frühe Sternansammlungen angenommen hat. Stattdessen legt die Form ihres Spektrums nahe, dass GLASS-z11 schon die typisch elliptische Scheibenform vieler heutiger Galaxien aufweist. „Damit geben uns diese Objekte auch neue Einblicke in die Morphologie von Galaxien in dieser sehr frühen Epoche des Universums“, erklären die Forschenden.

Naidu und sein Team räumen ein, dass es noch einige Unsicherheiten in den Daten gibt. „Die größte Einschränkung ist, dass diese Daten aus den ersten tiefen extragalaktischen Feldern stammen, die ein neues großes Observatorium geliefert hat“, schreiben sie. Daher sind einige systematische Unsicherheiten und Fehlerquellen noch nicht näher untersucht. Allerdings waren die Lichtsignaturen der Galaxien sehr klar in allen Filterkanälen der NIRCam nachweisbar. Die Astronomen sind daher zuversichtlich, in den grundlegenden Aussagen richtig zu liegen.

Teleskop mit „beispiellosen Fähigkeiten“

Nach Ansicht der Forschenden zeigen schon diese ersten Funde, welches Potenzial im neuen Weltraumteleskop steckt: „Unsere Analyse demonstriert die beispiellose Fähigkeit des James-Webb-Weltraumteleskops, akkurate Messdaten früher Galaxien im Kosmos zu liefern“, schreiben sie. Man darf daher gespannt sein, was die weiteren Aufnahmen dieses Teleskops noch an neuen Einblicken und Erkenntnissen bringen. (Astrophysical Journal Letters, submitted; arXiv: 2207.09434)

Quelle: ArXiv

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