Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Genf hat im frühen Universum drei ultramassive Galaxien entdeckt, die sich mit unerwarteten Geschwindigkeiten bilden und damit die bisherigen Modelle der Galaxienentstehung in Frage stellen.
Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Genf hat drei ultramassereiche Galaxien identifiziert - fast so massereich wie die Milchstraße -, die bereits in der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten. Diese überraschende Entdeckung wurde durch das FRESCO-Programm des James-Webb-Weltraumteleskops ermöglicht, das den NIRCam/grism-Spektrographen verwendet, um die Entfernungen und Sternmassen von Galaxien genau zu messen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Sternentstehung im frühen Universum viel effizienter war als bisher angenommen. Damit stellen sie die bestehenden Modelle der Galaxienbildung in Frage. Die Studie wurde in Nature veröffentlicht.
Nach dem von Wissenschaftlern bevorzugten theoretischen Modell bilden sich Galaxien allmählich innerhalb ausgedehnter Halos aus dunkler Materie. Halos aus dunkler Materie fangen Gas (Atome und Moleküle) ein, um daraus durch Gravitation gebundene Strukturen zu bilden. In der Regel werden nur 20 % dieses Gases in Galaxien in Sterne umgewandelt. Neue Entdeckungen eines internationalen Teams unter der Leitung der Universität Genf, das das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA nutzt, stellen diese Sicht der Dinge jedoch in Frage. Sie zeigen, dass die massereichen Galaxien des frühen Universums beim Aufbau von Sternen möglicherweise viel effizienter waren als ihre späteren Gegenstücke und dass sie sich viel schneller entwickelten als bisher angenommen.
Unsere Ergebnisse definieren unser Verständnis der Galaxienbildung im jungen Universum neu.
Entdeckung der ’roten Ungeheuer’.
Die unübertroffenen Möglichkeiten des JWST haben es den Astronomen ermöglicht, Galaxien im sehr fernen und damit jungen Universum zu untersuchen und Informationen über massereiche und durch Staub verdunkelte Galaxien zu erhalten. Bei der Analyse der Galaxien in der FRESCO-Studie stellten die Wissenschaftler fest, dass die meisten Quellen mit den bestehenden theoretischen Modellen übereinstimmen. Sie entdeckten jedoch auch drei überraschend massereiche Galaxien, deren Sternmasse mit der der heutigen Milchstraße vergleichbar ist. Diese Galaxien bilden Sterne fast doppelt so effizient wie ihre Pendants mit geringerer Masse und ältere Galaxien. Aufgrund ihres hohen Staubanteils, der ihnen auf den Bildern des JWST ein deutlich rotes Aussehen verleiht, wurden sie die drei "roten Monster" getauft.
Unsere Ergebnisse definieren unser Verständnis der Galaxienbildung im jungen Universum neu", sagt Mengyuan Xiao, Hauptautorin der neuen Studie und Postdoktorandin am Departement für Astronomie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf. David Elbaz, Forschungsleiter am CEA Paris-Saclay, fügt hinzu: "Die massiven Eigenschaften dieser "roten Monster" konnten vor dem JWST kaum bestimmt werden, da sie aufgrund der Dämpfung durch Staub optisch unsichtbar sind.
Ein Meilenstein in der Beobachtung von Galaxien
Das internationale Team hat mit dem JWST ein neues Programm entwickelt, um eine komplette Stichprobe von Galaxien mit Emissionslinien in den ersten Milliarden Jahren der kosmischen Geschichte systematisch zu analysieren. Dieser Ansatz ermöglichte es dem Team, genaue Entfernungsschätzungen und zuverlässige Messungen der Sternmasse für die gesamte Galaxienprobe zu erhalten.
Unsere Ergebnisse unterstreichen die bemerkenswerte Leistungsfähigkeit der NIRCam/grism-Spektroskopie", erklärt Pascal Oesch, außerordentlicher Professor am Departement für Astronomie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Hauptforscher des Beobachtungsprogramms. ’Das Instrument an Bord des Weltraumteleskops ermöglicht es uns, das Wachstum von Galaxien im Laufe der Zeit zu identifizieren und zu untersuchen und ein klareres Bild davon zu erhalten, wie sich die Sternmasse im Laufe der kosmischen Geschichte ansammelt.’
Zu viele und zu massereiche Galaxien im frühen Universum
Obwohl diese Ergebnisse nicht im Widerspruch zum kosmologischen Standardmodell stehen, werfen sie neue Fragen für die Theorien zur Galaxienentstehung auf, insbesondere das Problem der ’zu vielen und zu massereichen’ Galaxien in der Frühzeit des Universums. Die derzeitigen Modelle müssen möglicherweise die einzigartigen Prozesse berücksichtigen, die es einigen frühen massereichen Galaxien ermöglicht haben, eine so effiziente Sternentstehung zu erreichen und sich somit sehr schnell, sehr früh im Universum, zu bilden. Zukünftige Beobachtungen mit dem JWST und dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) werden mehr über diese ultramassereichen ’roten Monster’ aussagen und größere Proben dieser Quellen enthüllen.
’Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Galaxien im frühen Universum mit unerwarteter Effizienz Sterne bilden konnten. Wenn wir diese Galaxien weiter untersuchen, werden sie neue Einblicke in die Bedingungen liefern, die die frühen Epochen des Universums geformt haben. Die ’’roten Monster’’ sind nur der Beginn einer neuen Ära in unserer Erforschung des frühen Universums", schließt Dr. Mengyuan Xiao.
