Drei mysteriöse helle Objekte, die im frühen Universum entdeckt wurden, verblüffen Wissenschaftler

Eine aktuelle Entdeckung des James Webb-Weltraumteleskops (JWST) der NASA bestätigte, dass leuchtende, sehr rote Objekte, die zuvor im frühen Universum entdeckt wurden, das herkömmliche Denken über den Ursprung und die Entwicklung von Galaxien und ihren supermassiven Schwarzen Löchern durcheinander bringen.

Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern der Penn State identifizierte mit dem NIRSpec-Instrument an Bord von JWST im Rahmen der RUBIES-Durchmusterung drei mysteriöse Objekte im frühen Universum, etwa 600 bis 800 Millionen Jahre nach dem Urknall, als das Universum erst 5 Jahre alt war % seines aktuellen Alters. Sie gaben die Entdeckung bekannt Astrophysikalische Tagebuchbriefe.

Das Team untersuchte Spektralmessungen oder die Intensität verschiedener Wellenlängen des von den Objekten emittierten Lichts. Ihre Analyse fand Signaturen von „alten“ Sternen, die Hunderte Millionen Jahre alt und viel älter sind als in einem jungen Universum erwartet.

Die Forscher waren auch überrascht, in denselben Objekten Signaturen riesiger supermassereicher Schwarzer Löcher zu entdecken, die schätzungsweise 100 bis 1.000 Mal massereicher sind als das supermassereiche Schwarze Loch in unserer eigenen Milchstraße. Keines dieser Phänomene wird in aktuellen Modellen des Galaxienwachstums und der Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher erwartet, die sich das Zusammenwachsen von Galaxien und ihren Schwarzen Löchern über Milliarden von Jahren kosmischer Geschichte vorstellen.

Wir haben bestätigt, dass diese Objekte offenbar voller alter Sterne sind – Hunderte Millionen Jahre alt – in einem Universum, das nur 600–800 Millionen Jahre alt ist. Überraschenderweise halten diese Objekte den Rekord für die ersten Signale des alten Sternenlichtssagte Bingjie Wang, Postdoktorandin an der Penn State und Hauptautorin des Artikels. Es war völlig unerwartet, alte Sterne in einem sehr jungen Universum zu finden. Standardmodelle der Kosmologie und Galaxienentstehung waren unglaublich erfolgreich, doch diese leuchtenden Objekte passen nicht ganz bequem in diese Theorien.

Forscher haben die massiven Objekte erstmals im Juli 2022 gesichtet, als der erste JWST-Datensatz veröffentlicht wurde. Das Team veröffentlichte einen Artikel in Natur Einige Monate später wurde die Existenz der Objekte bekannt gegeben.

Damals vermuteten die Forscher, dass es sich bei den Objekten um Galaxien handelte, setzten ihre Analyse jedoch mit der Aufnahme von Spektren fort, um die wahren Entfernungen der Objekte sowie die Quellen, die ihre immense Helligkeit erzeugten, besser zu verstehen.

Anschließend nutzten die Forscher die neuen Daten, um ein klareres Bild davon zu erhalten, wie die Galaxien aussahen und was sie in ihrem Inneren enthielten. Sie bestätigten nicht nur, dass es sich bei den Objekten tatsächlich um Galaxien kurz vor dem Beginn der Zeit handelte, sondern fanden auch Hinweise auf überraschend große supermassereiche Schwarze Löcher und eine überraschend alte Sternpopulation.

Es ist sehr verwirrendsagte Joel Leja, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State und Co-Autor beider Artikel. Sie können dies unbequem in unser aktuelles Modell des Universums einfügen, aber nur, wenn wir eine schnelle, exotische Formation zu Beginn der Zeit heraufbeschwören. Ohne Zweifel ist dies die eigenartigste und interessanteste Sammlung von Objekten, die ich in meiner Karriere gesehen habe..

JWST ist mit infrarotempfindlichen Instrumenten ausgestattet, die das von älteren Sternen und Galaxien emittierte Licht erkennen können. Im Grunde ermöglicht das Teleskop den Wissenschaftlern einen Blick zurück in die Zeit von etwa 13,5 Milliarden Jahren, nahe dem Beginn des Universums, wie wir es kennen, sagte Leja.

Eine Herausforderung bei der Analyse antiken Lichts besteht darin, zwischen den Objekttypen zu unterscheiden, die es emittiert haben könnten. Im Fall dieser frühen Objekte weisen sie klare Merkmale sowohl supermassereicher Schwarzer Löcher als auch alter Sterne auf. Wang erklärte jedoch, es sei immer noch unklar, wie viel des beobachteten Lichts von jeder Galaxie stamme, was bedeutet, dass es sich um unerwartet alte und massereichere frühe Galaxien handeln könnte als unsere eigene Milchstraße, die sich viel früher bilden könnten, als die Modelle vorhersagen, oder dass es sich um normale Galaxien handeln könnte. Massengalaxien mit „supermassereichen“ Schwarzen Löchern, die etwa 100 bis 1.000 Mal massereicher sind als eine solche Galaxie heute.

Es ist eine Herausforderung, zwischen dem Licht zu unterscheiden, das von Materie ausgeht, die in ein Schwarzes Loch fällt, und dem Licht, das von Sternen in diesen kleinen, weit entfernten Objekten ausgeht.sagte Wang. Diese Unfähigkeit, im aktuellen Datensatz zu differenzieren, lässt viel Raum für die Interpretation dieser faszinierenden Objekte. Ehrlich gesagt ist es aufregend, so viele Rätsel zu lösen.

Wenn zusätzlich zu ihrer ungeklärten Masse und ihrem Alter ein Teil des Lichts tatsächlich von supermassereichen Schwarzen Löchern stammt, dann handelt es sich auch nicht um normale supermassereiche Schwarze Löcher. Sie produzieren viel mehr ultraviolette Photonen als erwartet, und ähnlichen Objekten, die mit anderen Instrumenten untersucht wurden, fehlen die charakteristischen Signaturen supermassereicher Schwarzer Löcher, wie etwa heißer Staub und helle Röntgenemission. Am überraschendsten sei jedoch, wie massiv sie zu sein scheinen Sei.

Normalerweise werden supermassereiche Schwarze Löcher von Galaxien begleitetsagte Leja. Sie wachsen zusammen auf und machen alle wichtigen Lebenserfahrungen gemeinsam. Aber hier haben wir ein voll ausgebildetes erwachsenes Schwarzes Loch, das in einer Babygalaxie lebt. Das macht wenig Sinn, denn diese Dinge sollten zusammenwachsen, oder zumindest dachten wir das..

Die Forscher waren auch verwirrt über die unglaublich geringe Größe dieser Systeme – sie haben nur ein paar hundert Lichtjahre im Durchmesser und sind etwa 1.000 Mal kleiner als unsere eigene Milchstraße. Die Anzahl der Sterne ist ungefähr so ​​groß wie in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, mit zwischen 10 Milliarden und einer Billion Sternen, aber sie befinden sich in einem Volumen, das 1.000 Mal kleiner als die Milchstraße ist.

Leja erklärte, dass, wenn man die Milchstraße nehmen und sie auf die Größe der Galaxien komprimieren würde, die sie gefunden haben, der nächste Stern fast in unserem Sonnensystem wäre. Das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, etwa 26.000 Lichtjahre entfernt, wäre nur etwa 26 Lichtjahre von der Erde entfernt und wäre am Himmel als riesige Lichtsäule sichtbar.

Diese frühen Galaxien wären so dicht mit Sternen bevölkert, dass sie sich auf eine Weise gebildet haben müssen, die wir noch nie gesehen haben, unter Bedingungen, die wir in einer Zeit, in der wir sie nie erwarten würden, niemals erwarten würden.sagte Leja. Und aus irgendeinem Grund hörte das Universum nach nur ein paar Milliarden Jahren auf, solche Objekte zu erschaffen. Sie sind einzigartig im frühen Universum.

Die Forscher hoffen auf weitere Beobachtungen, die ihrer Meinung nach dazu beitragen könnten, einige der Geheimnisse der Objekte zu erklären. Sie planen, tiefere Spektren aufzunehmen, indem sie das Teleskop über längere Zeiträume auf die Objekte richten. Dies wird dazu beitragen, die Emission der Sterne und des potenziell supermassereichen Schwarzen Lochs zu entschlüsseln, indem die spezifischen Absorptionssignaturen identifiziert werden, die in jedem vorhanden wären.

Es gibt noch einen anderen Weg, wie wir einen Durchbruch erzielen könnten, und das ist einfach die richtige Ideesagte Leja. Wir haben alle diese Puzzleteile und sie passen nur dann zusammen, wenn wir die Tatsache ignorieren, dass einige von ihnen kaputt sind. Dieses Problem ist anfällig für einen Geniestreich, der uns, allen unseren Mitarbeitern und der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft bisher entgangen ist..