(links) Wolf-Lundmark-Melotte, gesehen vom Spitzer-Weltraumteleskop (rechts) eine verbesserte Ansicht der Galaxie, gesehen vom James Webb-Weltraumteleskop (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, IPAC, Kristen McQuinn/Rutgers University)
„Vor langer Zeit, in einer nicht allzu fernen Galaxie…“
Astronomen haben das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) eingesetzt, um die Geschichte der Sterne in einer massearmen Zwerggalaxie zu kartieren, die Galaxien ähnelt, die das frühe Universum gefüllt haben. Die Forschungsergebnisse könnten dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich die Sternentstehungsraten in den letzten rund 13 Milliarden Jahren seit Beginn der Zeitrechnung verändert haben.
Das Team unter der Leitung der Astronomin Kristen McQuinn von der Rutgers University-New Brunswick hat die Galaxie Wolf-Lundmark-Melotte (WLM) mit dem JWST herangezoomt, um das bisher genaueste Bild dieses isolierten Bereichs im Kosmos zu erhalten.
WLM ist ein Nachbar der Milchstraße und befindet sich am Rande der lokalen Gruppe unserer Galaxie in etwa 3 Millionen Lichtjahren Entfernung. Er bildet aktiv Sterne und beherbergt auch uralte Sterne, von denen man annimmt, dass sie sich vor etwa 13 Milliarden Jahren gebildet haben, nur etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall.
Da man davon ausgeht, dass Galaxien mit geringer Masse wie diese das frühe Universum dominiert haben, sind sie für Forscher wie McQuinn, die die frühen Sternentstehungsraten untersuchen wollen, ein hervorragender Ersatz.
„Indem wir so tief schauen und so klar sehen, können wir praktisch in der Zeit zurückgehen“, sagte McQuinn. „Wir begeben uns im Grunde auf eine Art archäologische Ausgrabung, um die sehr massearmen Sterne zu finden, die früh in der Geschichte des Universums entstanden sind.“
Die Beobachtungsleistung des JWST hat es den Astronomen endlich ermöglicht, diese schwachen Galaxien wie nie zuvor heranzuzoomen.
Inhaltsübersicht
Die Erforschung kleiner Galaxien ist wissenschaftlich sehr lohnend
Galaxien mit geringer Masse wie WLM sind schwach und weit über den Himmel verteilt und bilden die Mehrheit der Galaxien in der lokalen Gruppe der Milchstraße. WLM hat jedoch eine privilegierte Position in der hantelförmigen lokalen Gruppe, da sie am Rande dieser Ansammlung isoliert ist und der Gravitationseinfluss anderer Galaxien ihre Sternpopulation nicht verwüstet hat.
Dies und die Tatsache, dass es sich um ein dynamisches, komplexes System voller Gas und Staub handelt, macht WLM zu einem faszinierenden Ziel für Astronomen.
Um die Sternentstehungsgeschichte von WLM und die Geschwindigkeit, mit der Sterne in verschiedenen Epochen geboren wurden, zu bestimmen, zoomte das JWST auf Himmelsbereiche, die WLM entsprechen und Hunderttausende von Einzelsternen enthalten. Das Team hat dann die Farben und Helligkeiten dieser Sterne gemessen, um ihr Alter zu bestimmen.
„Wir können das, was wir über die Sternentwicklung wissen und was diese Farben und Helligkeiten anzeigen, nutzen, um das Alter der Sterne in der Galaxie zu bestimmen“, so McQuinn.
Sie und ihre Kollegen nutzten den Amarel High-Performance Computing Cluster, der vom Rutgers Office of Advanced Research Computing verwaltet wird, um die Daten des JWST zu nutzen. Dadurch konnten sie die Sterne unterschiedlichen Alters zählen und so die Geburtsrate der Sterne im Laufe der Geschichte des Universums aufzeichnen.
„Am Ende bekommt man ein Gefühl dafür, wie alt das Bauwerk ist, das man sich ansieht“, sagte McQuinn.
Die Ebbe und Flut der Sternentstehung
Die Forscher stellten fest, dass die Produktion von Sternen in den Daten schwankte, wobei WLM die meisten Sterne über einen Zeitraum von 3 Milliarden Jahren produzierte, der zwischen 2 Milliarden und 4 Milliarden Jahren nach dem Urknall begann.
Diese Sternentstehung wurde unterbrochen, bevor sie wieder einsetzte; McQuinn führt diese Pause auf spezifische Bedingungen des frühen Universums zurück.
„Damals war das Universum sehr heiß. Wir glauben, dass die Temperatur des Universums das Gas in dieser Galaxie aufgeheizt und die Sternentstehung für eine gewisse Zeit unterbrochen hat“, sagt sie. „Die Abkühlungsphase dauerte ein paar Milliarden Jahre, und dann setzte die Sternbildung wieder ein.“
Die neuen Forschungsergebnisse zeigen, wie vielfältig die Astronomen das JWST nutzen können, das am ersten Weihnachtstag 2021 gestartet ist und seit Sommer 2022 Daten sendet.
McQuinn ist außerdem der Meinung, dass der große Rechenaufwand des Amarel High-Performance Computing Clusters bei der Kalibrierung und Verarbeitung der JWST-Daten, um diese Ergebnisse zu erzielen, mehrere Verarbeitungsverfahren demonstriert, die der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft zugute kommen könnten.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht.
