Das James-Webb-Weltraumteleskop ist Zeuge des Beginns des Sternenlichts

Leitnotizen von James Webb-Weltraumteleskop Ergebnisse früher Galaxienverschmelzungen deuten darauf hin, dass Sterne schneller und effizienter entstanden sind als bisher bekannt, was komplexe Sternhaufen offenbart und aktuelle kosmologische Theorien in Frage stellt.

• Galaxien und Sterne entwickelten sich noch schneller die große Explosion Als erwartet.
• Detaillierte Bilder einer der ersten Galaxien zeigen, dass das Wachstum viel schneller erfolgte, als wir dachten.

Ein internationales Forschungsteam hat beispiellose detaillierte Beobachtungen der ersten Galaxienverschmelzung überhaupt gemacht. Sie deuten darauf hin, dass sich Sterne schneller und effizienter entwickelten, als wir dachten.

Sie nutzten das James Webb Space Telescope (JWST), um das massive Objekt so zu beobachten, wie es 510 Millionen Jahre nach dem Urknall – also vor etwa 13 Milliarden Jahren – existierte.

„Als wir diese Beobachtungen machten, war diese Galaxie zehnmal größer als jede andere Galaxie, die im frühen Universum entdeckt wurde“, sagt Dr. Kit Boyett, ASTRO 3D Research Fellow für frühe Galaxien von der University of Melbourne. Er ist der Hauptautor eines Artikels, der kürzlich in veröffentlicht wurde Naturastronomie. Das Papier umfasst 27 Autoren aus 19 Institutionen in Australien, Thailand, Italien, den USA, Japan, Dänemark und China.

Das 2021 gestartete James Webb-Weltraumteleskop ermöglicht Astronomen einen Blick auf das frühe Universum auf eine Weise, die bisher unmöglich war. Objekte, die durch frühere Teleskope als einzelne Lichtpunkte erschienen, z.B Hubble-Weltraumteleskopoffenbart seine Komplexität.

Das James-Webb-Weltraumteleskop zeigt Details einer gewaltigen Galaxienverschmelzung vor 13 Milliarden Jahren. Bildnachweis: Astro 3D

„Es ist erstaunlich zu sehen, wie leistungsfähig das James-Webb-Weltraumteleskop ist, um einen detaillierten Blick auf Galaxien am Rande des beobachtbaren Universums zu ermöglichen und so in die Vergangenheit zu reisen“, sagt Professor Michel Trinity, Fachgebietsleiter und Vertragsleiter von ASTRO 3D First Galaxies an der Universität Melbourne. Professor Trinity fügt hinzu: „Dieses Weltraumobservatorium verändert unser Verständnis der frühen Galaxienentstehung.“

Die Beobachtungen in der aktuellen Arbeit zeigen eine Galaxie, die aus mehreren Galaxienhaufen mit zwei Komponenten im Haupthaufen und einem langen Schweif besteht, was auf eine laufende Verschmelzung zweier Galaxien zu einer größeren Galaxie hindeutet.

„Die Verschmelzung ist noch nicht abgeschlossen. Das erkennen wir daran, dass der lange Schweif wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass beim Verschmelzen etwas Material weggeworfen wird Irgendeine Sache“, sagt Dr. Boyett. „Dies zeigt uns, dass es eine Fusion gibt, und dies ist die am weitesten entfernte Fusion aller Zeiten.“

Diese und andere Beobachtungen mit dem James Webb-Weltraumteleskop veranlassen Astrophysiker, ihre Modelle der frühen Jahre des Universums zu überarbeiten.

„Mit James Webb sehen wir mehr Objekte im frühen Universum, als wir erwarten, und diese Objekte sind auch massereicher als wir dachten“, sagt Dr. Boyett. „Unsere Kosmologie ist nicht unbedingt falsch, aber unser Verständnis davon, wie schnell sich Galaxien bilden, könnte sein, weil sie größer sind, als wir es für möglich gehalten hätten.“

Andere alte Galaxien. Bildnachweis: Astro 3D

Die Ergebnisse von Dr. Boyetts Team zeigen, dass diese Galaxien durch Verschmelzung sehr schnell Masse ansammeln konnten.

Aber nicht nur die Größe der Galaxien und die Geschwindigkeit, mit der sie wachsen, überraschten Dr. Boyett. Sein Artikel beschreibt zum ersten Mal die Anzahl der Sterne, aus denen die verschmelzenden Galaxien bestehen, ein weiteres Detail, das durch das James Webb-Weltraumteleskop ermöglicht wurde.

„Als wir unsere spektroskopische Analyse mit unserer Bildgebung verglichen, fanden wir zwei unterschiedliche Dinge. Das Bild zeigte uns, dass die Anzahl der Sterne gering war, aber die Spektroskopie sprach von sehr alten Sternen. Aber es stellte sich heraus, dass beides wahr ist.“ Sagt Boyett. Weil wir nicht eine Gruppe von Sternen haben, sondern zwei.“

„Die alten Bewohner sind schon seit langer Zeit dort und wir glauben, dass die Verschmelzung von Galaxien neue Sterne hervorbringt, und das ist es, was wir auf den Bildern sehen – neue Sterne über den alten Bewohnern.“

Die meisten Studien dieser entfernten Objekte zeigen sehr junge Sterne, aber das liegt daran, dass jüngere Sterne heller sind und ihr Licht daher die Bilddaten dominiert. Allerdings ermöglicht das James-Webb-Weltraumteleskop so detaillierte Beobachtungen, dass die beiden Gruppen unterschieden werden können.

„Tatsache ist, dass die Spektroskopie so detailliert ist, dass wir die subtilen Merkmale alter Sterne erkennen können, die uns tatsächlich sagen, dass es da draußen mehr gibt, als wir denken“, sagt Dr. Boyett.

„Das ist nicht ganz überraschend, da wir wissen, dass es im Laufe der Geschichte des Universums aus verschiedenen Gründen Spitzenwerte bei der Entstehung neuer Sterne gibt, was zu Mehrfachpopulationen führt.“

„Aber das ist das erste Mal, dass wir sie wirklich aus dieser Entfernung sehen.“

Das Papier hat erhebliche Auswirkungen auf die aktuelle Modellierung.

„Unsere Simulationen könnten ein Objekt erzeugen, das dem von uns beobachteten ähnelt, ungefähr im gleichen Alter wie das Universum und mit ungefähr der gleichen Masse. Allerdings ist es äußerst selten, es gibt nur eines davon im gesamten Modell. Die Möglichkeit der Beobachtung „Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass wir entweder großes Glück haben oder unsere Simulationen falsch sind, und so etwas kommt häufiger vor, als wir denken.“

„Was wir unserer Meinung nach übersehen, ist, dass sich Sterne effizienter bilden, und das könnte das sein, was wir in unseren Modellen ändern müssen.“

Referenz: „Eine massive interagierende Galaxie 510 Millionen Jahre nach dem Urknall“ von Kristan Boyett, Michele Trinti, Nisha Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts Borsani, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Trio, Tucker Jones. Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themia Nanayakkara, Namrata Roy, Chen Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradac, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glezbrook, Laura Pinterici. , Eros Vanzella und Benedetta Vulcani, 7. März 2024, Naturastronomie.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7