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JAMES WEBB
"Rote Monster"-Galaxien im jungen Universum
von Stefan Deiters
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19. November 2024

Mithilfe des Weltraumteleskops James Webb wurden drei ungewöhnlich massereiche Galaxien im jungen Universum aufgespürt, die bereits in den ersten Milliarden Jahren nach dem Urknall existierten, trotzdem aber fast so massereich wie die Milchstraße sind. Die Sternentstehung im frühen Universum muss also weitaus effizienter gewesen sein als bisher angenommen.

Galaxien

Zwei der drei "Rote Monster" getauften Galaxien im jungen Universum, die mithilfe von James Webb entdeckt wurden. Bild: NASA / CSA / ESA, M. Xiao & P. A. Oesch (University of Geneva), G. Brammer (Niels Bohr Institute), Dawn JWST Archive  [Großansicht]

In dem von der Wissenschaft aktuell favorisierten Modell bilden sich die Galaxien allmählich innerhalb großer Halos aus Dunkler Materie. Diese Halos fangen Gas in gravitativ gebundene Strukturen ein, so dass hier Sterne entstehen können. Normalerweise werden in Galaxien nur höchstens rund 20 Prozent dieses Gases in Sterne umgewandelt. Eine kürzlich vorgestellte Studie, die auf Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) basiert,  stellen diese Ansicht jedoch in Frage: Die beteiligten Forscherinnen und Forscher zeigen darin, dass massereiche Galaxien in der Frühzeit des Universums bei der Bildung von Sternen viel effizienter waren als ihre späteren Gegenstücke und offenbar viel schneller wuchsen als bisher angenommen.

Mithilfe des JWST ist es gelungen, Galaxien im sehr fernen und frühen Universum systematisch zu untersuchen und Einblicke in massereiche und durch Staub verdeckte Galaxien zu gewinnen. Bei der Analyse der Galaxien dieser sogenannten FRESCO-Durchmusterung stellte das Team fest, dass die meisten beobachteten Systeme zu den bestehenden Modellen passen. Sie fanden jedoch auch drei überraschend massereiche Galaxien, deren Sternmassen mit denen der heutigen Milchstraße vergleichbar sind. Diese Galaxien bilden fast doppelt so effizient Sterne wie ihre masseärmeren Gegenstücke und Galaxien aus späteren Zeiten. Aufgrund ihres hohen Staubanteils, der ihnen auf den JWST-Bildern ein deutlich rotes Aussehen verleiht, wurden sie von den Forschenden die drei "Red Monsters" - also "Rote Monster" genannt.

"Unsere Ergebnisse verändern unser Verständnis der Galaxienentstehung im frühen Universum", ist Dr. Mengyuan Xiao von der Universität Genf überzeugt. "Die genauen Eigenschaften dieser 'Roten Monster' konnten zuvor kaum bestimmt werden, da sie aufgrund der Staubabschwächung optisch unsichtbar sind", ergänzt Dr. David Elbaz, Forschungsdirektor am CEA Paris-Saclay. Das internationale Team hatte für James Webb ein neues Beobachtungsprogramm entwickelt, um eine vollständige Stichprobe bestimmter Galaxien in den ersten Milliarden Jahren der kosmischen Geschichte systematisch zu analysieren. So waren präzise Entfernungsschätzungen und zuverlässige Messungen der stellaren Masse für die gesamte Galaxienauswahl möglich.

"Unsere Ergebnisse unterstreichen die bemerkenswerte Leistungsfähigkeit der Spektroskopie mit NIRCam", betont Pascal Oesch von der Universität Genf. ''Das Instrument an Bord des Weltraumteleskops ermöglicht es uns, das Wachstum von Galaxien im Laufe der Zeit zu identifizieren, zu untersuchen und ein klareres Bild davon zu gewinnen, wie sich stellare Masse im Laufe der kosmischen Geschichte ansammelt.''

Diese Ergebnisse stehen zwar nicht im Widerspruch zum kosmologischen Standardmodell, werfen aber neue Fragen für die Theorien der Galaxienbildung auf, insbesondere die Frage nach "zu vielen, zu massiven" Galaxien im frühen Universum. Die derzeitigen Modelle müssen möglicherweise besondere Prozesse berücksichtigen, die es bestimmten frühen massereichen Galaxien ermöglichten, so effizient Sterne entstehen zu lassen und sich somit sehr schnell und sehr früh im Universum zu bilden.

Zukünftige Beobachtungen mit dem JWST und mit der Radioteleskop Atacama Large Millimeter Array (ALMA) sollen weitere Informationen zu diesen "Roten Monster" liefern und zudem weitere solche Systeme aufspüren helfen.  "Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass Galaxien im frühen Universum Sterne mit unerwarteter Effizienz bilden konnten", so Xiao. "Wenn wir diese Galaxien eingehender untersuchen, werden sie neue Erkenntnisse über die Bedingungen liefern, die die frühesten Epochen des Universums geprägt haben. Die 'Roten Monster' sind nur der Beginn einer neuen Ära in unserer Erforschung des frühen Universums."

Über ihre Beobachtungen berichtete das Team in der Zeitschrift Nature.

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siehe auch
ALMA: Extreme Sternentstehung im jungen Universum - 26. Mai 2017
Junges Universum: Entfernte Galaxie mit rasantem Wachstum - 3. Januar 2012
 
Links im WWW
 Xiao, M. et al. (2024): Accelerated formation of ultra-massive galaxies in the first billion years, Nature, 635, 311 (arXiv.org-Preprint)
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