Von links nach rechts: Hubble-Weltraumteleskop WFC3 F160W und James Webb-Weltraumteleskop NIRCam F356W und F444W(Bildnachweis: Zoe Le Conte)
Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops haben Wissenschaftler entdeckt, dass Galaxien in der Frühzeit des Universums viel schneller gewachsen sein müssen als erwartet. Außerdem hat dasselbe Team herausgefunden, dass der Kosmos vor 10 Milliarden Jahren nicht ganz so ungeordnet und chaotisch war wie bisher angenommen.
Das internationale Team unter der Leitung von Forschern der Durham University in Großbritannien kam zu diesen Schlussfolgerungen, indem es Beweise für Strukturen entdeckte, die als „Sternbarren“ bezeichnet werden und sich in Galaxien bildeten, die nur wenige Milliarden Jahre nach dem Urknall existierten.
Sternbarren sind langgestreckte Regionen mit erhöhter Sterndichte, die sich in den Herzen von Spiralgalaxien wie der Milchstraße und anderen Scheibengalaxien befinden. Wenn sie sich bilden, drücken die Sternbalken Gas in Richtung des Herzens ihrer jeweiligen Galaxie und regulieren so die Sternentstehung. Das Vorhandensein dieser zentralen Balkenstrukturen deutet also darauf hin, dass eine Galaxie in eine stabilere und „reifere Phase“ eingetreten ist.
„Galaxien im frühen Universum reifen viel schneller als wir dachten“, sagte Zoe Le Conte, Teamleiterin und Forscherin an der Durham University, in einer Erklärung. „Das ist eine echte Überraschung, denn man würde erwarten, dass das Universum in diesem Stadium sehr turbulent ist, mit vielen Kollisionen zwischen Galaxien und einer Menge Gas, das sich noch nicht in Sterne verwandelt hat.
„Dank des JWST sehen wir jedoch viele dieser Balken viel früher im Leben des Universums, was bedeutet, dass sich die Galaxien in einem stabileren Stadium ihrer Entwicklung befanden als bisher angenommen. Das bedeutet, dass wir unsere Ansichten über die frühe Galaxienentwicklung anpassen müssen.“
Bar-Hopping für das James Webb Weltraumteleskop
Es ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler in der Frühgeschichte der 13,8 Milliarden Jahre alten Geschichte des Universums auf Kneipentour gehen.
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Das Hubble-Weltraumteleskop hat diese Erscheinungen ebenfalls beobachtet, aber das Auge, das das Universum umkreist, konnte nur 8 bis 9 Milliarden Jahre weit zurückgehen. Die höhere Empfindlichkeit und der größere Wellenlängenbereich des JWST haben diese Beobachtungen jedoch um mindestens eine weitere Milliarde Jahre zurückgedehnt. Dies hat die Bildung von Balken in Galaxien offenbart, die so gesehen werden, wie sie vor 8 Milliarden bis 11,5 Milliarden Jahren waren. Tatsächlich wiesen von den 368 Scheibengalaxien, die das Team für die Studie berücksichtigte, 20 % bereits Balken auf.
Das ist das Doppelte der von Hubble beobachteten Zahl.
Ein Diagramm der Milchstraße mit einem dichten zentralen Balken, der in Gelb zu sehen ist. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC-Caltech))
„Wir haben festgestellt, dass es im frühen Universum viel mehr Balken gab als in früheren Hubble-Studien, was darauf hindeutet, dass die Entwicklung von Galaxien durch Balken viel länger andauert als bisher angenommen“, sagte Dimitri Gadotti, Mitglied des Teams und Wissenschaftler an der Durham University. „Die Tatsache, dass es viel mehr Balken gibt, ist sehr aufregend.“
Je weiter das Team mit dem JWST in die Vergangenheit blickte, desto weniger Balkenstrukturen beobachteten sie in Galaxien.
Sie glauben, dass dies daran liegen könnte, dass Galaxien in früheren Stadien des Universums nicht so gut ausgebildet waren. Eine andere Möglichkeit wäre, dass kürzere Balken in immer früheren Galaxien häufiger vorkamen. Selbst die beeindruckende Beobachtungsleistung des JWST reicht nicht aus, um diese kurzen Balken in frühen Galaxien zu sehen.
Mit diesen Ergebnissen will das Team das JWST nun nutzen, um noch weiter in die kosmische Zeit zurückzublicken, bis zu 12,2 Milliarden Jahre zurück. Dies könnte Aufschluss darüber geben, ob das Wachstum von Balken bereits 1,6 Milliarden Jahre nach dem Urknall üblich war.
„Die Simulationen des Universums müssen nun überprüft werden, um zu sehen, ob wir die gleichen Ergebnisse erhalten wie die Beobachtungen, die wir mit dem JWST gemacht haben“, schloss Gadotti. „Wir müssen über das hinausdenken, was wir zu wissen glaubten.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
