In den letzten zwei Jahren haben Wissenschaftler die verwendet Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA (auch Webb oder JWST genannt), um zu erforschen, was Astronomen nennen Kosmische Morgendämmerung: der Zeitraum der ersten paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall wo die ersten Galaxien geboren wurden.
Diese Galaxien liefern wichtige Informationen darüber, wie sich Gas, Sterne und Schwarze Löcher veränderten, als das Universum noch sehr jung war.
Im Oktober 2023 und Januar 2024 nutzte ein internationales Astronomenteam Webb, um im Rahmen des Programms Galaxien zu beobachten JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Mit Webbs NIRSpec (Nahinfrarot-Spektrograph) hat ein Spektrum einer beispiellosen Galaxie erhalten, die nur zweihundertneunzig Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet wurde. Dies entspricht einer Rotverschiebung von etwa 14, was ein Maß dafür ist, wie stark das Licht einer Galaxie aufgrund der Expansion des Universums gestreckt wird.
Stefano Carniani bereits an der Scuola Normale Superiore in Pisa, Italien Kevin Hainline von der University of Arizona in Tucson, Arizona, erzählte der NASA mehr darüber, wie diese Quelle gefunden wurde und was ihre einzigartigen Eigenschaften uns über die Galaxienbildung verraten.
„Webbs Instrumente wurden entwickelt, um die frühesten Galaxien zu finden und zu verstehen, und im ersten Jahr der Beobachtungen im Rahmen des Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) des JWST fanden wir viele Hundert Kandidatengalaxien aus den ersten 650 Millionen Jahren nach dem Urknall. Anfang 2023 entdeckten wir in unseren Daten eine Galaxie, die deutliche Hinweise auf eine Rotverschiebung von über 14 hatte, was sehr aufregend war, aber es gab einige Eigenschaften der Quelle, die uns vorsichtig machten. Die Quelle war überraschend hell, was wir von einer so weit entfernten Galaxie nicht erwarten würden, und sie befand sich sehr nahe an einer anderen Galaxie, sodass die beiden scheinbar Teil eines größeren Objekts waren. Als wir die Quelle im Oktober 2023 im Rahmen des JADES Origins Field erneut beobachteten, wiesen neue Bilddaten, die mit Webbs schmaleren NIRCam-Filtern (Nahinfrarotkamera) gewonnen wurden, weiter auf die Hypothese der hohen Rotverschiebung hin. Wir wussten, dass wir ein Spektrum brauchten, da alles, was wir lernten, von immenser wissenschaftlicher Bedeutung sein würde, sei es als neuer Meilenstein in Webbs Erforschung des frühen Universums oder als verwirrender Sonderling aus einer Galaxie mittleren Alters..
„Im Januar 2024 beobachtete NIRSpec diese Galaxie, JADES-GS-z14-0, fast zehn Stunden lang, und als das Spektrum zum ersten Mal verarbeitet wurde, gab es eindeutige Beweise dafür, dass die Galaxie tatsächlich eine Rotverschiebung von 14,32 aufwies und damit die bisher größte Rotverschiebung durchbrach. Aufzeichnung entfernter Galaxien (z = 13,2 aus JADES-GS-z13-0). Angesichts des Mysteriums, das die Quelle umgibt, war es für das gesamte Team unglaublich spannend, dieses Spektrum zu sehen. Diese Entdeckung war nicht nur ein neuer Streckenrekord für unser Team; Der wichtigste Aspekt von JADES-GS-z14-0 war, dass wir in dieser Entfernung wissen, dass diese Galaxie an sich sehr leuchtend sein muss. Aus den Bildern geht hervor, dass die Quelle einen Durchmesser von mehr als 1.600 Lichtjahren hat, was zeigt, dass das Licht, das wir sehen, hauptsächlich von jungen Sternen kommt und nicht von Emissionen in der Nähe eines wachsenden supermassereichen Schwarzen Lochs. So viel Sternenlicht bedeutet, dass die Galaxie mehrere hundert Millionen Sonnenmassen hat! Dies wirft die Frage auf: Wie kann die Natur in weniger als 300 Millionen Jahren eine so große, massereiche und helle Galaxie erschaffen?
„Die Daten enthüllen weitere wichtige Aspekte dieser erstaunlichen Galaxie. Wir sehen, dass die Farbe der Galaxie nicht so blau ist, wie sie sein könnte, was darauf hindeutet, dass ein Teil des Lichts bereits zu diesem sehr frühen Zeitpunkt durch Staub rötlich gefärbt ist. JADES-Forscher Jake Helton vom Steward Observatory und der University of Arizona stellte außerdem fest, dass JADES-GS-z14-0 mit Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) bei längeren Wellenlängen entdeckt wurde, was angesichts seiner Entfernung eine bemerkenswerte Leistung ist. Die MIRI-Beobachtung deckt Wellenlängen des Lichts ab, das im Bereich des sichtbaren Lichts emittiert wurde und außerhalb der Reichweite von Webbs Nahinfrarot-Instrumenten rotverschoben ist. Jakes Analyse zeigt, dass die durch die MIRI-Beobachtung implizierte Helligkeit der Quelle über dem liegt, was aus Messungen der anderen Webb-Instrumente extrapoliert werden würde, was auf das Vorhandensein starker Emissionen ionisierten Gases in der Galaxie in Form heller Emissionslinien von Wasserstoff und Sauerstoff hinweist. „Das Vorhandensein von Sauerstoff in einem so frühen Stadium im Leben dieser Galaxie ist eine Überraschung und legt nahe, dass mehrere Generationen sehr massereicher Sterne bereits ihr Leben gelebt haben, bevor wir die Galaxie beobachteten.“
„Alle diese Beobachtungen zusammengenommen sagen uns, dass JADES-GS-z14-0 nicht den Galaxientypen entspricht, die theoretische Modelle und Computersimulationen vorhergesagt haben, dass sie im frühen Universum existieren würden. Angesichts der beobachteten Helligkeit der Quelle können wir vorhersagen, wie sie im Laufe der kosmischen Zeit wachsen könnte, und bisher haben wir keine geeigneten Analoga für die Hunderte anderer Galaxien mit hoher Rotverschiebung gefunden, die wir in unserer Studie beobachtet haben. Angesichts der relativ kleinen Himmelsregion, die wir nach JADES-GS-z14-0 durchsucht haben, hat seine Entdeckung tiefgreifende Auswirkungen auf die erwartete Anzahl heller Galaxien, die wir im frühen Universum sehen, wie in einer anderen parallel durchgeführten JADES-Studie (Robertson et al. al. al., kürzlich angenommen). Astronomen werden mit Webb im Laufe des nächsten Jahrzehnts wahrscheinlich viele solcher leuchtenden Galaxien finden, möglicherweise sogar in früheren Zeiten.
Wir freuen uns, die außergewöhnliche Vielfalt der Galaxien zu sehen, die in Cosmic Dawn existierten!“
Dieser Eintrag wurde am 08. Juni 2024 von Francisco Martín León in den News veröffentlicht
