Auf Bildern des James-Webb-Teleskops haben Astronomen mehrere frühe Galaxien entdeckt, die alle bisherigen Rekorde übertreffen. Einer dieser Sternhaufen hat eine nie zuvor gemessene Rotverschiebung von 16,7; daher existierte es 235 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die Bilder liefern auch neue Informationen über die Leuchtkraft und die Sternentstehungsrate der ersten Galaxien und legen nahe, dass diese Sternhaufen schneller gewachsen sind als bisher angenommen, berichten die Forscher.
Seit das James-Webb-Weltraumteleskop seinen wissenschaftlichen Betrieb aufnahm, ging es Schlag auf Schlag: Bereits auf seiner ersten Deep-Field-Aufnahme blickte das Teleskop weiter in den Weltraum als jedes vorherige Instrument und enthüllte Details der ersten Galaxien, die nie existierten. zuvor gesehen Basierend auf diesen Daten verwendeten Astronomen GLASS-z13, um zum ersten Mal eine Galaxie zu entdecken, die 300 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte.
55 frühe Galaxien auf einmal
Aber ein paar Tage später ist dieser Rekord wieder Geschichte: Astronomen, die mit Callum Donnan an der University of Edinburgh zusammenarbeiten, haben eine Vielzahl anderer alter Galaxien entdeckt, darunter einige, die sogar älter als GLASS-z13 sind. Für ihre Studie werteten die Forscher Tieffeldbilder der Nahinfrarotkamera NIRCam des Webb-Teleskops weiter aus. In den Daten suchten sie gezielt nach Galaxien mit einer Rotverschiebung größer als z = 7,5 und damit Sternhaufen, die in der frühesten Phase des Universums entstanden sind.
Mit Erfolg: Die Astronomen identifizierten im untersuchten Himmelsausschnitt sofort 55 frühe Galaxien, von denen 44 bisher unbekannt waren. Sechs dieser Galaxien hatten eine Rotverschiebung von mehr als z=10, was bedeutet, dass sie weniger als etwa 480 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind. „Dies allein ist eine dramatische Bestätigung der lang erwarteten Fähigkeit des James-Webb-Teleskops, die Entwicklung von Galaxien während der ersten ~300 Millionen Jahre nach dem Urknall abzubilden“, schreiben Donnan und sein Team.
Die Leuchtkraft und Größe der neu entdeckten Galaxien deuten darauf hin, dass selbst diese frühen Sternhaufen aktiver und heller waren als bisher angenommen. „Die UV-Leuchtkraftdichte zeigt einen stetigen exponentiellen Abfall mit zunehmender Rotverschiebung bis mindestens z = 12“, schreibt das Team. „Deshalb muss die Galaxienbildung schon viel früher begonnen haben.“
Die Galaxie existierte bereits 235 Millionen Jahre nach dem Urknall
Eine kürzlich entdeckte Galaxie sticht besonders hervor: Ein schwacher rötlicher Fleck im Bild zeigte eine Rotverschiebung von z=16,7, die höchste, die jemals für ein kosmisches Objekt gemessen wurde. Diese Galaxie mit dem Namen CEERS-93316 muss weniger als 235 Millionen Jahre nach dem Urknall existiert haben. „Wir finden keine andere plausible Erklärung als eine Galaxie mit der Rekord-Rotverschiebung z = 16,7“, schreiben Donnan und sein Team. Dieses Objekt ist in den NIRCam-Daten sehr deutlich zu sehen und kann daher kein naher Stern oder aktiver Galaxienkern sein.
Darüber hinaus deutet die Spektralanalyse des Lichts von CEERS-93316 darauf hin, dass die Sterne in dieser Galaxie im Durchschnitt mindestens 20 Millionen Jahre alt sind. Die Sternentstehung in diesem ersten Haufen muss zwischen 120 und 220 Millionen Jahre nach dem Urknall begonnen haben, wie Astronomen erklären. Auch dies deutet darauf hin, dass die ersten Sterne und Galaxien im Universum viel früher entstanden sind als lange angenommen.
„Es ist fantastisch: Wir haben hier ein Teleskop, das genau für diese Beobachtungen entwickelt wurde: Es erlaubt uns, auf die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien vor mehr als 13,5 Milliarden Jahren zurückzublicken!“, sagt Donnan. „Dies ist zweifellos nur der Anfang von vielen bedeutenden Beobachtungen, die mit diesem Instrument in den kommenden Wochen, Monaten und Jahren gemacht werden.“ (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, eingereicht; Preprint, arXiv:2207.12356)
Quelle: University of Edinburgh, arXiv
8. August 2022
– Nadja Podbregar