Astronomen haben mit dem James Webb Space Telescope (JWST) das Wachstum einer Galaxie im frühen Universum von innen nach außen beobachtet, nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall.(Bildnachweis: JADES Collaboration)
Galaxien im heutigen Universum haben sich von den ersten Strukturen, die nach dem Urknall entstanden, weit entfernt. Galaxien wie unsere eigene Milchstraße bestehen heute aus Hunderten von Milliarden von Sternen, aber das war nicht immer so.
Jetzt haben Forscher mit dem James Webb Space Telescope (JWST) der NASA tief in unsere kosmische Geschichte zurückgeblickt, nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, der vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattfand. Sie untersuchten eine junge Galaxie aus dieser Zeit, um herauszufinden, wie sich die Sternentstehung von Galaxien im heutigen Universum unterscheidet.
Die Galaxie wurde im Rahmen der JWST Advanced Extragalactic Survey (JADES)-Kollaboration beobachtet, und es wurde festgestellt, dass sie aktiv Sterne bildet. Interessanterweise hat diese Galaxie aus der Frühzeit des Universums einen sehr dichten Kern mit einer Sternkonzentration in ihrem Zentrum, die mit der von Galaxien im heutigen Universum vergleichbar ist (die aus etwa 1.000 Mal mehr Sternen bestehen).
Astronomen stellten jedoch fest, dass die Sternentstehung weiter vom Kern entfernt stattfand, wobei die Sternentstehungsaktivität mit zunehmender Größe der Galaxie allmählich in Richtung der Außenbezirke anstieg. Die Astronomen hatten diese Dynamik des Sternwachstums in Galaxien dieses Alters zuvor mit theoretischen Modellen vorhergesagt, aber jetzt haben sie die Beobachtungen, die ihre Hypothese bestätigen.
„Einer der vielen Gründe, warum Webb für uns als Astronomen so transformierend ist, ist, dass wir jetzt in der Lage sind, zu beobachten, was zuvor durch Modellierung vorhergesagt wurde“, sagte Studienkoautor William Baker, ein Doktorand am Cavendish Laboratory der Universität Cambridge in England, in einer Erklärung.
„Es ist, als ob man seine Hausaufgaben überprüfen könnte.“
Anhand der Webb-Daten konnten die Forscher das Verhältnis zwischen jungen und älteren Sternen abschätzen, das sie dann in eine durchschnittliche stellare Masse und Bildungsrate umrechneten.
Die Modellierung der Sternenpopulation ergab ältere Sterne im Kern der Galaxie. In der umgebenden Scheibe aus Gas und Staub fand jedoch eine sehr aktive Sternentstehung statt, bei der sich die Sternmasse in den Außenbezirken etwa alle 10 Millionen Jahre verdoppelte. Die neugeborenen Sterne wandern dann wahrscheinlich in Richtung Zentrum der Galaxie, ähnlich wie ein Schlittschuhläufer seine Arme anzieht, um sich schneller zu drehen.
„Daher spekulieren wir, dass die folgenden zwei Szenarien für den Aufbau dieses Kerns möglich sind. Das erste ist ein kontinuierliches Wachstum von innen nach außen, bei dem die frühe Scheibenbildung in einer sehr kompakten Scheibe stattfand und den derzeit beobachteten Kern bildete“, erklärten die Autoren in der Arbeit, die heute (11. Oktober) online in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
„Eine Alternative ist, dass sich die Scheibe zuerst gebildet hat und durch Verdichtung (möglicherweise durch eine vom Klumpen ausgelöste Instabilität) einen Gaseinbruch in das Zentrum erlitten hat, der dann den Kern bildet. Die Scheibe würde sich dann durch neue Gasakkretion neu bilden“, fügten sie hinzu.
Sandro Tacchella, Hauptautor der Studie, sagt, dass das Team weitere Galaxien zu einem ähnlichen Zeitpunkt im frühen Universum beobachten möchte, um zu sehen, ob sie diese Sternentstehungsdynamik teilen. Durch die Untersuchung von Galaxien im Laufe der Zeit werden die Astronomen ein besseres Verständnis dafür gewinnen, wie Galaxien wachsen und sich zu den geschäftigen Giganten entwickeln, die wir heute sehen.
