Das James Webb Weltraumteleskop zeigt einige der ältesten und am weitesten entfernten Galaxien, die jemals gesehen wurden (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA und STScI)
Nicht lange nachdem das James Webb Space Telescope (JWST) seinen wissenschaftlichen Betrieb aufgenommen hatte, gaben Astronomen bekannt, dass sie Galaxien im frühen Universum entdeckt hatten, die für ihr Alter viel zu groß, hell und voller Sterne waren. Während Schlagzeilen auf der ganzen Welt behaupteten, dass diese Galaxien unser Verständnis des Urknalls „brechen“, ist die Wahrheit viel nuancierter – und viel interessanter.
Die Urknalltheorie ist unsere allgemeine Vorstellung von der Geschichte des Universums, beginnend in seiner tiefen Vergangenheit, als der Kosmos viel kleiner, heißer und dichter war als heute. Dieses Modell, das ursprünglich im frühen 20. Jahrhundert entwickelt wurde, hat eine Reihe von Beobachtungstests überstanden und ist äußerst geeignet, eine Vielzahl kosmologischer Beobachtungen zu erklären, darunter die Rotverschiebung des Lichts entfernter Galaxien, das Auftreten von Reststrahlung in Form des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die Häufigkeit leichter Elemente und die Entwicklung von Galaxien und größeren Strukturen.
Die Urknalltheorie kann zwar nicht mit Sicherheit sagen, welche Galaxien wo erscheinen werden, aber sie kann über Wahrscheinlichkeiten sprechen. So können Kosmologen zum Beispiel grob sagen, wie viele kleine, wie viele mittlere und wie viele große Galaxien in einem bestimmten Alter des Universums in einem bestimmten Volumen erscheinen sollten. Aber bis zum JWST hatten wir keinen direkten Beobachtungszugang zu den frühesten Stadien der galaktischen Entwicklung – etwas, wofür das Teleskop ausdrücklich entwickelt wurde.
Im Jahr 2022 gaben Astronomen bekannt, dass sie extrem weit entfernte Galaxien gefunden hatten, die überraschend und seltsam groß waren. Sie hatten eine Rotverschiebung von über 16 gemessen, was bedeutet, dass diese Galaxien nur 200 bis 250 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten. Dennoch waren sie gigantisch und schienen voll ausgebildet zu sein, mit Spiralarmen und allem Drum und Dran.
Diese Galaxien schienen weit außerhalb der Erwartungen der Urknalltheorie zu liegen; sie waren so, als würde man Teenager in einem Kindergartenzimmer finden. Was war also los?
Inhaltsübersicht
Biegung der Kosmologie
Die unverschämten Schlagzeilen verkündeten den Tod der Urknalltheorie. Doch diese Geschichten ließen ein entscheidendes Detail außer Acht: Die Astronomen schätzten die Rotverschiebung dieser Galaxien mit Hilfe einer Technik, die als Photometrie bekannt ist und die unglaublich unsicher ist. Eine vollständige Bewertung der Fähigkeit dieser Galaxien, die Kosmologie zu „brechen“, müsste auf eine genauere Messung ihrer Rotverschiebung und damit ihres Alters warten.
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Als diese präziseren Messungen schließlich einige Monate später erfolgten, wurden diese Galaxien von rekordverdächtigen zu ganz … normalen Galaxien. So wurde beispielsweise die Rotverschiebung einer Galaxie von über 16 auf nur 4,9 korrigiert, wodurch sich ihr Alter von 240 Millionen Jahren nach dem Urknall auf weit über eine Milliarde Jahre erhöhte. Das ist mehr als genug Zeit für die normale Urknalltheorie, um ihre Größe und Form zu erklären.
Aber zusammen mit diesen weniger aufregenden Revisionen gab es einige neue bestätigte Rotverschiebungen anderer Galaxien, darunter JADES-GS-z14-0, die derzeit am weitesten entfernte bekannte Galaxie mit einer Rotverschiebung von 14,32. Diese Galaxie lebte bereits, als der Kosmos gerade einmal 290 Millionen Jahre alt war.
Die Astronomen rechneten damit, dass Galaxien 290 Millionen Jahre nach dem Urknall existieren würden; deshalb haben sie JWST gebaut. Und für eine Galaxie ist JADES-GS-z14-0 sicherlich noch ein Kind – sie ist nur 1.600 Lichtjahre groß, verglichen mit den 100.000 Lichtjahren der Milchstraße. Aber interessanterweise ist die Galaxie ziemlich hell und voller Sterne – nicht genug, um die Kosmologie völlig umzustoßen, aber genug, um einige Fragen über den Ursprung und die Entwicklung der ersten Galaxien im Universum aufzuwerfen.
Gebäudekosmologie
Es ist durchaus möglich, dass die Urknalltheorie falsch ist; Wissenschaftler müssen die geistige Disziplin aufbringen, diese Möglichkeit einzugestehen. Aber bei einer solchen Fülle von Beweisen ist es unwahrscheinlich, dass der Urknall durch eine einzige Beobachtung widerlegt werden kann. Und es lohnt sich, noch einmal zu betonen, dass JWST genau das tut, wofür wir es konzipiert und gebaut haben: Es beantwortet einige der wichtigsten offenen Fragen darüber, wie die ersten Sterne und Galaxien entstanden sind.
Es ist durchaus möglich, dass Kosmologen das Auftauchen von Galaxien wie JADES-GS-z14-0 im Rahmen des Urknalls erklären können, ohne größere Änderungen vornehmen zu müssen. Zum Beispiel könnten große schwarze Löcher vor diesen Galaxien erschienen sein, und ihre übermächtige Gravitationskraft könnte helle Ausbrüche der Sternentstehung ausgelöst haben. Oder vielleicht führten Supernova-Rückkopplungen und andere Mechanismen dazu, dass die ersten Galaxien reicher an Sternen waren als heutige Galaxien, so dass diese frühen Galaxien trotz ihrer geringen Größe mächtig erscheinen.
Oder vielleicht sind unsere anfänglichen Beobachtungen auf diese kleinen, aber hellen Ausreißer ausgerichtet, und weitere Kampagnen werden größere Populationen gewöhnlicherer Galaxien aufdecken, wodurch sich die Spannungen mit Galaxienbildungsmodellen verringern.
Und schließlich müssen wir dem Universum vielleicht eine neue Zutat hinzufügen, z. B. die Möglichkeit, dass sich die dunkle Energie mit der Zeit entwickelt, um diese Art von Galaxien zu einem so frühen Zeitpunkt zu erzeugen.
Das ist für sich genommen schon aufregend genug, ohne dass wir den Urknall, wie wir ihn kennen, in Frage stellen müssen. Es gibt mehr als genug Geheimnisse und verborgene Ecken im Universum, die Astronomen nachts wach halten, um sich über die Möglichkeiten zu wundern – und morgens aufzustehen, um weiter daran zu arbeiten, sie zu lösen.
