Widerspruch zur Theorie: Astronomen haben einen überraschend frühen Zwilling der Milchstraße entdeckt – eine mehr als 11,7 Milliarden Jahre alte Balkenspiralgalaxie. Die ceers-2112 getaufte Galaxie ist nicht nur die älteste bekannte Balkenspirale, sie existierte auch schon weit früher, als es gängige Modelle der Galaxienentwicklung vorhersagen. Zudem hat diese frühe Galaxie ziemlich genau die Form und Größe, die einst unsere Milchstraße gehabt haben muss, wie das Team in „Nature“ berichtet.
Unsere Milchstraße zählt zu den Balkenspiralen: Durch ihr Zentrum verläuft eine gerade Struktur erhöhter Sternendichte, an der die Spiralarme ansetzen. Dieser Balken bildet einen wichtigen Transportweg für Material und fördert die Sternbildung im inneren Bereich der Galaxie. Warum allerdings nur einige Spiralgalaxien eine solchen Balken besitzen und wann in der Galaxienentwicklung er entsteht, ist bisher unklar. Gängigen Modellen zufolge gibt es solche Balkenspiralen erst seit wenigen Milliarden Jahren, weil die Galaxien erst dann die nötige Ordnung und Ruhe besaßen.
„Man dachte, dass sich solche Balken in frühen Galaxien nicht bilden konnten oder zumindest nicht lange hielten, weil diese noch zu chaotisch und unruhig waren“, erklärt Koautor Alexander de la Vega von der University of California in Riverside. Doch im März 2023 weckten neue Aufnahmen des James-Webb-Weltraumteleskops daran erste Zweifel. Denn in ihnen entdeckten Astronomen mehrere mehr als zehn Milliarden Lichtjahre entfernte Balkenspiralen.
Die bisher fernste Balkenspirale
Jetzt gibt es einen weiteren, noch älteren Fund: Das Team um Luca Costantin vom Astrobiologischen Zentrum in Madrid hat in Nahinfrarot-Aufnahmen des James-Webb-Teleskops eine weitere frühe Balkenspiralgalaxie aufgespürt. Die ceers-2112 getaufte Galaxie hat eine Rotverschiebung von mehr als z=3 und existierte demnach schon rund zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall. Nähere Analysen ihrer Struktur und ihres Lichtspektrums legen aber nahe, dass diese Galaxie zu diesem Zeitpunkt schon 620 Millionen Jahre alt war.
Anders als zunächst angenommen, besitzt diese Galaxie trotz ihrer frühen Entstehung bereits einen deutlich ausgeprägten Balken, wie die Astronomen feststellten. Dieser ist gut 10.700 Lichtjahre lang und hebt sich durch seine höhere Sterndichte und größere Helligkeit vom Rest der Galaxie ab. „In ceers-2112 einen Balken zu finden ist überraschend, denn Galaxien waren im frühen Universum noch viel chaotischer“, sagt de la Vega.
Ein früher Zwilling unserer Heimatgalaxie
Doch die frühe Galaxie ceers-2112 ähnelt nicht nur in ihrer Form stark unserer Milchstraße. Auch ihre sonstige Struktur und ihre Sternenmasse von rund 3,9 Milliarden Sonnenmassen machen sie zu einem frühen Zwilling unserer Heimatgalaxie: „Wenn wir ceers-2112 mit der Entwicklungsgeschichte der Milchstraße vergleichen, dann können wir sie als den fernsten und frühesten Vorgänger der Milchstraße betrachten, sowohl in Bezug auf ihre Struktur wie auf ihr Wachstum“, konstatieren Constantin und seine Kollegen.
„Die Entdeckung von ceers-2112 demonstriert, dass auch Galaxien im frühen Universum schon so geordnet sein konnten wie die Milchstraße“, sagt de la Vega. Wie die Astronomen ermittelten, könnte die Sternenscheibe dieses frühen Milchstraßenzwillings schon rund eine bis eineinhalb Milliarden Jahre nach dem Urknall entstanden sein. Die Bildung des Balkes von ceers-2112 setzte dann rund 200 Millionen Jahre später ein und war innerhalb von rund 400 Millionen Jahren abgeschlossen.
„Theorien müssen revidiert werden“
Nach Ansicht der Astronomen wirft diese Entdeckung ein neues Licht auf die Evolution der Galaxien im frühen Kosmos. „Der Balken in ceers-2112 legt nahe, dass Galaxien schneller heranreiften und sich ordneten als wir bisher angenommen haben“, sagt de la Vega. Bisher ging man davon aus, dass dieser Prozess erst nach mehreren Milliarden Jahren abgeschlossen war – etwa zur Halbzeit unseres Universums. Denn erst dann ließen die starken Gasströme nach, die die rasante Sternbildung im frühen Kosmos ermöglichten, aber auch für galaktische Turbulenzen sorgten.
„Doch die Entdeckung dieser Galaxie zeigt, dass es in einem Bruchteil dieser Zeit passieren kann – in nur rund einer Milliarde Jahren oder weniger“, so der Forscher. „Unsere Theorien zu Galaxienbildung und zur Galaxienentwicklung müssen demnach zumindest in einigen Aspekten revidiert werden.“ Demnach könnte die erste, unruhige Phase der Sternbildung zumindest in einigen Galaxien weit schneller abgelaufen sein als bisher gedacht. (Nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-06636-x)
Quelle: University of California – Riverside
