Vergessen Sie die „kleinen grünen Männchen“: Es sind die „kleinen roten Punkte“ im entstehenden Universum, die die Aufmerksamkeit des James Webb Space Telescope (JWST) erregten.
Wissenschaftler sagen, dass diese seltsamen roten Körper Sterne verbergen, die laut Modellen „zu alt“ sind, um in frühen kosmischen Zeiten gelebt zu haben, und Schwarze Löcher, die tausende Male größer sind als das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße. Wissenschaftler glauben, dass diese Objekte auf eine Art und Weise entstanden sein müssen, die es nur im frühen Universum gab, und zwar durch eine Methode, die im Kosmos nach etwa einer Milliarde Jahren ihres Bestehens offenbar nicht mehr existiert.
Die drei kleinen roten Punkte sind so sichtbar, wie sie waren, als das Universum zwischen 600 und 800 Millionen Jahre alt war. Auch wenn dies wie eine extrem lange Zeit nach dem Urknall erscheinen mag, bedeutet die Tatsache, dass das Universum 13,8 Milliarden Jahre alt ist, dass es zum Zeitpunkt der Existenz dieser Objekte nicht mehr als 5 % seines heutigen Alters hatte.
Durch die Bestätigung der Existenz dieser Punkte im frühen Universum könnten diese JWST-Ergebnisse unser Wissen über die Entwicklung von Galaxien und die supermassereichen Schwarzen Löcher in ihren Herzen in Frage stellen.
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Das von Wissenschaftlern der Penn State University geleitete Team beobachtete diese mysteriösen purpurroten kosmischen Kuriositäten, als es im Rahmen der RUBIES-Untersuchung das frühe Universum mit dem Nahinfrarotspektrographen (NIRSpec) des JWST untersuchte.
„Das ist sehr verwirrend“, sagte Teammitglied Joel Leja, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State, in einer Erklärung. „Wir können dies in unserem aktuellen Modell des Universums unangenehm machen, aber nur, wenn wir eine exotische und unglaublich schnelle Formation zu Beginn der Zeit heraufbeschwören.“ »
„Dies ist ohne Zweifel die einzigartigste und interessanteste Sammlung von Objekten, die ich in meiner Karriere gesehen habe. »
Was steckt hinter den Punkten?
Die Forscher untersuchten die Intensität verschiedener Lichtwellenlängen, die von den kleinen roten Punkten ausgehen. Sie entdeckten Anzeichen dafür, dass diese Sterne Hunderte Millionen Jahre alt waren, viel älter als von Sternen in diesem frühen Stadium des Kosmos erwartet.
In den Regionen der kleinen roten Punkte beobachteten die Forscher außerdem Spuren supermassereicher Schwarzer Löcher, deren Masse der von Millionen, sogar Milliarden Sonnen entspricht. Diese Schwarzen Löcher sind zwischen 100 und 1.000 Mal massereicher als Sagittarius A* (Sgr A*), das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße, das sich nur 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet.
Diese beiden Entdeckungen sind nach aktuellen Modellen der kosmischen Entwicklung, des Galaxienwachstums oder der Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher nicht vorhersehbar. Alle diese Theorien legen nahe, dass Galaxien und supermassereiche Schwarze Löcher mit der gleichen Geschwindigkeit wachsen, dieses Wachstum jedoch Milliarden von Jahren dauert.
„Wir haben bestätigt, dass sie offenbar voller alter Sterne sind – Hunderte Millionen Jahre alt – in einem einzigen Universum.“ [600 million to 800 million years] „Es ist bemerkenswert, dass diese Objekte den Rekord für die frühesten Signaturen des antiken Sternenlichts halten“, sagte Bingjie Wang, ein Postdoktorand an der Penn State, in der Pressemitteilung. „Es war völlig unerwartet, in einem sehr jungen Universum alte Sterne zu finden. Standardmodelle der Kosmologie und Galaxienentstehung waren unglaublich erfolgreich, aber diese leuchtenden Objekte passen nicht ganz genau in diese Theorien.“
Das Team entdeckte diese kleinen roten Punkte erstmals im vergangenen Juli mithilfe von JWST. Forscher vermuteten damals sofort, dass es sich bei diesen Objekten tatsächlich um Galaxien handelte, die vor etwa 13,5 Milliarden Jahren existierten.
Weitere Untersuchungen der Lichtspektren dieser Objekte bestätigten, dass es sich um Galaxien handelte, die am Anfang der Zeit lebten, und enthüllten auch, dass „überwachsene“ supermassereiche Schwarze Löcher und unglaublich „alte“ Sterne die beeindruckende Lichtproduktion roter Punkte befeuerten.
Das Team weiß noch nicht genau, wie viel Licht der kleinen roten Punkte von jeder dieser Quellen stammt. Das bedeutet, dass diese Galaxien entweder überraschend alt und massereicher als die Milchstraße sind und sich viel früher gebildet haben, als die Modelle vorhersagen, oder dass sie eine normale Masse haben, aber irgendwie übermäßig massereiche Schwarze Löcher sind – Hohlräume, die viel massereicher sind als eine ähnliche Galaxie haben in der aktuellen Epoche des Kosmos.
„Es ist schwierig, zwischen Licht von Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt, und Licht zu unterscheiden, das von Sternen in diesen winzigen, entfernten Objekten emittiert wird“, sagte Wang. „Die Unfähigkeit, anhand aktueller Daten zu differenzieren, lässt viel Spielraum für die Interpretation dieser faszinierenden Objekte. »
Dies ist kein gewöhnliches supermassereiches Schwarzes Loch!
Natürlich haben alle Schwarzen Löcher lichteinfangende Grenzen, sogenannte „Ereignishorizonte“, was bedeutet, dass die Menge an Licht, die sie zu den kleinen roten Punkten bringen, von der sie umgebenden Materie und nicht von innen kommen muss.
Der enorme Gravitationseinfluss von Schwarzen Löchern erzeugt in dieser Materie turbulente Bedingungen, die das Schwarze Loch mit der Zeit auch antreiben, es aufheizen und intensiv leuchten lassen. Regionen, die auf diese Weise von supermassereichen Schwarzen Löchern angetrieben werden, werden „Quasare“ genannt und die Regionen ihrer Galaxien, in denen sie vorkommen, werden als „aktive galaktische Kerne (AGN)“ bezeichnet.
Diese neu entdeckten „roten Punkte“-Regionen Schwarzer Löcher könnten sich von anderen Quasaren unterscheiden, sogar von denen, die das JWST zuvor im frühen Universum beobachtet hat. Schwarze Löcher mit roten Flecken scheinen beispielsweise viel mehr ultraviolettes Licht zu erzeugen als erwartet. Das Schockierendste an diesen supermassereichen Schwarzen Löchern ist jedoch nach wie vor ihre scheinbare Masse.
„Normalerweise werden supermassereiche Schwarze Löcher mit Galaxien in Verbindung gebracht“, erklärt Leja. „Sie wachsen zusammen auf und erleben gemeinsam all die tollen Erlebnisse ihres Lebens. Aber hier haben wir ein voll ausgebildetes erwachsenes Schwarzes Loch, das in einer kleinen Galaxie lebt. »
„Es macht eigentlich keinen Sinn, denn diese Dinge sollten zusammenwachsen, oder zumindest dachten wir das so. »
Überraschend sind auch rote Punktgalaxien. Sie erscheinen viel kleiner als andere Galaxien, obwohl sie fast genauso viele Sterne enthalten. Das bedeutet, dass Rotpunktgalaxien aus 10 bis 1 Billion Sternen zu bestehen scheinen, die in einer Galaxie mit einem Durchmesser von einigen hundert Lichtjahren und einem tausendmal kleineren Volumen als die Milchstraße gepackt sind.
Um dies in einen Zusammenhang zu bringen: Wenn die Milchstraße auf die Größe einer dieser roten Punktgalaxien verkleinert würde, dann würde der sonnennächste Stern (Proxima Centauri, der 4,2 Lichtjahre entfernt ist) im Sonnensystem gefunden werden . Darüber hinaus würde sich die Entfernung zwischen der Erde und dem supermassiven Schwarzen Loch der Milchstraße, Sgr A*, von 26.000 Lichtjahren auf nur noch 26 Lichtjahre verringern. Das Schwarze Loch und seine Umgebung würden dann am Nachthimmel über der Erde erscheinen.
„Diese frühen Galaxien waren so dicht mit Sternen – Sternen, die sich auf eine Weise gebildet haben mussten, die wir noch nie gesehen hatten, unter Bedingungen, die wir uns nie vorgestellt hatten, zu einer Zeit, als wir sie nicht erwartet hatten“, sagte Leja. „Und aus irgendeinem Grund hat das Universum nach nur wenigen Milliarden Jahren aufgehört, solche Objekte zu erschaffen. Sie kommen nur im frühen Universum vor. »
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Das Team plant, seine Beobachtungen dieser rätselhaften kleinen roten Punkte fortzusetzen, um ihre Geheimnisse besser zu verstehen. Insbesondere plant sie, tiefere Spektren zu erhalten, indem sie das JWST über längere Zeiträume auf rote Objekte richtet, um Lichtemissionsspektren verschiedener Elemente zu erhalten. Dies könnte dazu beitragen, die Beiträge alter Sterne und supermassereicher Schwarzer Löcher in Galaxien zu entwirren.
„Es gibt noch eine andere Möglichkeit, wie wir einen Durchbruch erzielen könnten, und zwar einfach.“ [having] „Es ist die richtige Idee“, schlussfolgert Leja. „Wir haben alle diese Puzzleteile, und sie passen nur dann zusammen, wenn wir die Tatsache ignorieren, dass einige von ihnen kaputt gehen. Dieses Problem wird wahrscheinlich durch einen Geniestreich gelöst, der bisher allen unseren Mitarbeitern entgangen ist.“ die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft.
„Ehrlich gesagt ist es aufregend, dass wir in diesem Rätsel noch so viel zu lüften haben. »
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 26. Juni in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.