ALMA
Nachweis von Sauerstoff in entferntester bekannter Galaxie
von Stefan Deiters
astronews.com
21. März 2025

Mit dem Radioteleskopverbund ALMA gelang es gleich zwei Teams Sauerstoff in der  am weitesten entfernten bekannten Galaxie JADES-GS-z14-0 nachzuweisen. Für die Wissenschaft ist der Nachweis eine Überraschung, deutet er doch darauf hin, dass sich Galaxien im frühen Universum sehr viel schneller gebildet haben müssen und auch schneller gereift sind als gedacht.

Die Galaxie JADES-GS-z14-0 auf einer Aufnahme des Weltraumteleskops James Webb (Hintergrund) und von ALMA (Kasten). Bild: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / S. Carniani et al. / S. Schouws et al.   /JWST-Aufnahme: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA) [Großansicht]

Die Galaxie JADES-GS-z14-0 ist die am weitesten entfernte Galaxie, die bislang gefunden wurde. Ihr Licht hat 13,4 Milliarden Jahre gebraucht, um uns zu erreichen, wir sehen sie also heute so, wie sie aussah, als das Universum weniger als 300 Millionen Jahre alt war, was etwa zwei Prozent seines heutigen Alters entspricht. Mithilfe des Radioteleskopverbunds Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in der chilenischen Atacamawüste konnte in dem entfernten System nun Sauerstoff nachgewiesen werden. Die Entdeckung verblüfft angesichts des geringen Alters der Galaxie, sie ist offenbar chemisch sehr viel reifer als man erwarten würde.

"Das ist so, als würde man einen Jugendlichen vorfinden, wo man nur ein Baby erwartet hat", vergleicht Sander Schouws, Doktorand an der Sternwarte Leiden in den Niederlanden, der eine der zwei Studien leitete, die jetzt über den Nachweis von Sauerstoff in JADES-GS-z14-0 veröffentlicht wurden. "Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Galaxie sehr schnell gebildet haben muss und auch schnell reifer wird, was einen weiteren Beweis dafür liefert, dass die Entstehung von Galaxien viel schneller abläuft als erwartet."

Galaxien beginnen ihr Leben in der Regel voller junger Sterne, die hauptsächlich aus Elementen wie Wasserstoff und Helium bestehen. Wenn sich Sterne entwickeln, wird durch Kernfusionsprozesse in ihrem Inneren Wasserstoff in Helium und dann in schwerere Elemente umgewandelt. Am Ende ihres stellaren Lebens werden diese Elemente dann in der Muttergalaxie der Sterne verteilt und reichern das Gas für die nächste Sterngeneration an. In einem nur 300 Millionen Jahre alten Universum hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler noch keine Galaxien mit einem signifikanten Anteil schwererer Elemente erwartet. Die beiden ALMA-Studien deuten darauf hin, dass JADES-GS-z14-0 etwa zehn Mal mehr schwerere Elemente enthält als erwartet.

"Ich war erstaunt über die unerwarteten Ergebnisse, weil sie ein neues Licht auf die ersten Phasen der Galaxienentwicklung werfen", sagt Stefano Carniani von der Scuola Normale Superiore im italienischen Pisa, der die zweite Studie leitete "Der Nachweis, dass eine Galaxie im jungen Universum quasi schon erwachsen ist, wirft die Frage auf, wann und wie sich Galaxien gebildet haben."

Dank der Sauerstoffentdeckung konnte auch die Entfernung zu JADES-GS-z14-0 sehr viel präziser bestimmt werden: "Die ALMA-Entdeckung erlaubt eine außerordentlich genaue Messung der Entfernung der Galaxie mit einer Unsicherheit von nur 0,005 Prozent. Dieses Maß an Präzision – vergleichbar mit einer Genauigkeit von 5 Zentimeter über eine Entfernung von einem Kilometer – hilft uns, unser Verständnis der Eigenschaften entfernter Galaxien zu verbessern", so Eleonora Parlanti, Doktorandin an der Scuola Normale Superiore in Pisa.

"Die Galaxie wurde zwar mit dem James-Webb-Weltraumteleskop entdeckt, doch erst mit ALMA ist es gelungen, ihre enorme Entfernung zu bestätigen und genau zu bestimmen", so Professor Rychard Bouwens von der Sternwarte Leiden. "Dies zeigt die erstaunliche Synergie zwischen ALMA und James Webb, um die Entstehung und Entwicklung der ersten Galaxien zu enthüllen."

"Ich war wirklich überrascht von diesem eindeutigen Nachweis von Sauerstoff in JADES-GS-z14-0", so Gergö Popping von der ESO, der an den Studien nicht beteiligt war. "Dies deutet darauf hin, dass sich Galaxien nach dem Urknall schneller bilden können als bisher angenommen. Dieses Ergebnis zeigt, welche wichtige Rolle ALMA bei der Entschlüsselung der Bedingungen spielt, unter denen sich die ersten Galaxien in unserem Universum gebildet haben."

Über ihre Ergebnisse berichtet die Team in zwei Fachartikeln, die in der Zeitschrift The Astrophysical Journal und Astronomy & Astrophysics erschienen sind.