Kosmische Zeitreise: Astronomen haben die erste rotierende Galaxie entdeckt. Der kleine Sternhaufen existierte bereits 500 Millionen Jahre nach dem Urknall, viele seiner Sterne entstanden sogar 300 Millionen Jahre zuvor. Trotzdem dreht sich diese frühe Galaxie bereits langsam, wie Bilder des ALMA-Observatoriums belegen. Somit liefert diese Entdeckung laut Forschern wertvolle Informationen über die Entwicklung der ersten Galaxien im Kosmos.
Wann und wie entstanden die ersten Galaxien im Universum? Neuesten Modellen zufolge entstanden die ersten Sterne vermutlich etwa 250 Millionen Jahre nach dem Urknall und läuteten die „kosmische Morgendämmerung“ ein. Die älteste bekannte Galaxie entstand etwa 300 Millionen Jahre nach dem Urknall. Diese frühen Urgalaxien waren vermutlich zunächst ungeordnete Ansammlungen junger Sterne und Gas, aus denen sich nach und nach die klassische Struktur der Galaxie mit zentralem Wulst und rotierender Scheibe bildete.
Ein Rückblick auf die Kinderzimmer der Galaxie
Nun liefert eine ferne, frühe Galaxie Hinweise darauf, wann diese ersten Sternhaufen sich zu drehen begannen. Für ihre Studie haben Tsuyoshi Tokuoka von der Waseda University in Japan und Kollegen die Galaxie MACS1149-JD1, oder abgekürzt JD1, genauer untersucht. Bereits frühere Beobachtungen hatten gezeigt, dass dieses Objekt, vergrößert durch eine Gravitationslinse, eine Rotverschiebung von z = 9 hat und somit etwa 500 Millionen Jahre nach dem Urknall existiert haben muss.
Bisher konnte man vom JD1 jedoch kaum mehr als einen Punkt diffusen Lichts erkennen. Um weitere Informationen über seine Eigenschaften und Struktur zu erhalten, richteten Tokuoka und sein Team die gekoppelten Funkantennen mit maximaler Reichweite des Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chile auf die ferne Galaxie. Durch Spektralanalyse verschiedener Lichtanteile konnten sie die Größe, Masse und Bewegung dieser primitiven Galaxie reduzieren.
Früher klein mit alten Sternen
Das Ergebnis: Die ferne Galaxie JD1 hat einen Durchmesser von nur etwa 3.000 Lichtjahren und enthält etwa eine Milliarde Sterne. Im Vergleich zur Milchstraße mit rund 100.000 Lichtjahren Durchmesser und bis zu 400 Milliarden Sternen ist JD1 ein echter Zwerg, sozusagen eine Babygalaxie. Interessanterweise sind die meisten seiner Sterne jedoch viel älter als die Galaxie selbst, wie von Astronomen festgestellt wurde: Die meisten JD1-Sterne entstanden etwa 300 Millionen Jahre vor der Galaxie selbst.
„Dies zeigt, dass diese Sternpopulation von JD1 in einer Ära sogar vor dem Kosmos gebildet wurde“, sagt Co-Autor Takuya Hashimoto von der Tsukuba-Universität. Parallel zu diesen älteren Sternen gibt es aber auch eine neue aktive Sternentstehung aus kaltem Gas, die in der fernen Galaxie stattfindet. Seine intensive Emission wurde in ALMA-Daten nachgewiesen, was bestätigt, dass diese frühen Galaxien durch ihre stellare Emission zur kosmischen Reionisierung beigetragen haben, erklärt das Team.
Die älteste Galaxie mit einer Rotation
Die Schlussfolgerung ist jedoch, dass subtile Unterschiede in der Rotverschiebung verschiedener Teile der Galaxie darauf hindeuten, dass sich die entfernte Galaxie langsam dreht. JD1 ist damit die erste Galaxie, für die diese Rotation bisher nachgewiesen wurde. Laut Astronomen deutet dies darauf hin, dass diese Galaxie bereits eine Struktur mit einem dichten Zentrum und einer rotierenden Sternscheibe bildet.
Messdaten zufolge dreht sich die frühe Galaxie mit etwa 50 Kilometern pro Sekunde um die eigene Achse. „Daher ist die Rotationsgeschwindigkeit von JD1 viel langsamer als die späterer Galaxien und der Milchstraße“, erklärt Co-Autor Akio Inoue von der Waseda University. Unsere Milchstraße zum Beispiel dreht sich mit etwa 220 Meilen pro Sekunde. „Also befindet sich JD1 wahrscheinlich noch in einem frühen Stadium der Rotationsentwicklung“, sagt Inoue.
Neues Objektiv für das James-Webb-Teleskop
Laut Astronomen bestätigt diese Entdeckung theoretische Modelle, nach denen die ersten Galaxien ihre Struktur entwickelten und sehr bald zu rotieren begannen. Das James-Webb-Weltraumteleskop könnte bald zeigen, wie JD1 aufgebaut ist und wie junge und alte Sterne in dieser primitiven Galaxie verteilt sind. Seine leistungsstarke Infrarotoptik wurde speziell entwickelt, um solche frühen Galaxien im Detail zu zeigen. (Astrophysical Journal Letters, 2022; doi: 10.3847 / 2041-8213 / ac7447)
Quelle: Waseda University, Japan National Astronomical Observatory, ALMA
18. Juli 2022
– Nadja Podbregar