Das James Webb Space Telescope (JWST) hat gleich zwei der ältesten und am weitesten entfernten Galaxien entdeckt, die jemals beobachtet wurden, und bricht damit weiterhin die bisher aufgestellten Rekorde.
Die am weitesten entfernte Galaxie, JADES-GS-z14-0, entstand etwa 300 Millionen Jahre nach dem Urknall und existierte damit mindestens 100 Millionen Jahre früher als der vorherige Rekordhalter. Das bedeutet, dass das Licht, das JWST von dieser Urgalaxie sah, 13,5 Milliarden Jahre zurückgelegt hat, um uns zu erreichen.
Auch JADES-GS-z14-0 ist nicht allein. Sie wurde zusammen mit einer anderen, fast ebenso weit entfernten Galaxie, JADES-GS-z14-1, entdeckt, die in der Rangliste der ersten Galaxien, die die Menschheit jemals gesehen hat, den zweiten Platz einnimmt.
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Die Bekanntgabe der im Oktober 2023 und Januar 2024 gemachten Entdeckungen ist die neueste Entwicklung in der laufenden Untersuchung der kosmischen Morgendämmerung, die das 10-Milliarden-Dollar-Teleskop im Rahmen des JWST Advanced Deep Extragalactic Survey-Programms (JADES) ermöglicht hat. Ziel von JADES ist es, wichtige Informationen darüber zu liefern, wie sich Sterne, Gas und Schwarze Löcher in Urgalaxien entwickelten, als das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum noch sehr jung war.
„Diese Galaxien ergänzen eine kleine, aber wachsende Population von Galaxien aus der ersten halben Milliarde Jahre kosmischer Geschichte, in der wir Sternpopulationen und die charakteristischen Muster der darin enthaltenen chemischen Elemente wirklich untersuchen können“, sagte Francesco D’, Teammitglied und Wissenschaftler bei das Kavli-Institut für Kosmologie. sagte Eugenio in einer Erklärung.
JADES-GS-z14-0 ist nicht nur wegen seiner Entfernung von der Erde und seiner Vorgeschichte im Kosmos bemerkenswert. Mit einer Breite von etwa 1.600 Lichtjahren ist diese Galaxie der „kosmischen Morgendämmerung“ auch aufgrund ihrer Größe und Helligkeit bemerkenswert.
„Die Größe der Galaxie beweist eindeutig, dass das meiste Licht von einer großen Anzahl junger Sterne erzeugt wird und nicht von Material, das auf ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie fällt [make it] erscheinen viel kleiner“, sagte Daniel Eisenstein, JADES-Teamleiter am Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), in einer separaten Erklärung.
Die extreme Helligkeit von JADES-GS-z14-0 und die Tatsache, dass diese Helligkeit von jungen Sternen stammt, bedeutet, dass diese Galaxie den bisher auffälligsten Beweis für die schnelle Entstehung großer, massereicher Galaxien im frühen Universum darstellt.
Ben Johnson, Mitglied des JADES-Teams und Forscher an der University of California in Santa Cruz, fügte hinzu, dass JADES-GS-z14-0 zeige, dass die Bildung von Galaxien im frühen Universum sehr schnell und intensiv verlief.
„Das JWST wird es uns ermöglichen, mehr dieser Galaxien zu finden, vielleicht als das Universum noch jünger war“, sagte er. „Es ist eine wunderbare Gelegenheit zu untersuchen, wie Galaxien entstehen.“
Das James Webb-Weltraumteleskop sieht Rot, um die ersten Galaxien zu entdecken
Dank der hohen Infrarotempfindlichkeit seiner Instrumente, insbesondere seines Hauptbildgebers, der Nahinfrarotkamera (NIRCam), ist das JWST in der Lage, die ersten Galaxien zu beobachten.
Licht verlässt diese kosmischen Galaxien mit einem breiten Spektrum an Wellenlängen, ähnlich dem Licht von Galaxien, die näher an der Milchstraße liegen. Es ist die Reise von Milliarden von Jahren, die dieses Licht in energiearmes, langwelliges Licht im nahen Infrarot- und Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums umwandelt.
Das eigentliche Gefüge des Raums dehnt sich aus, und wenn Licht durch ihn hindurchgeht, dehnt sich auch seine Wellenlänge aus. Dies führt zu einer „Verschiebung“ des Lichts in Richtung des roten Endes des elektromagnetischen Spektrums, daher der Name dieses Phänomens „Rotverschiebung“.
Weiter entfernte Galaxien müssen mehr Raum durchqueren (der sich mit zunehmender Ausdehnung ausdehnt), bevor ihr Licht uns erreicht, und daher erfährt dieses Licht eine stärkere Rotverschiebung. Die mit z bezeichnete Rotverschiebung kann daher zur Messung der Entfernung zu Himmelsobjekten mit bekanntem Spektrum verwendet werden. Und da Licht nur eine begrenzte Zeit benötigt, um sich fortzubewegen, kann diese Distanz genutzt werden, um zu berechnen, wie lange diese Galaxien existierten, wie wir sie sehen.
JADES-GS-z14-0 hat eine Rotverschiebung von z = 14:32 Uhr, während die am weitesten entfernte Vorgängergalaxie, JADES-GS-z13-0, eine Rotverschiebung von aufweist z = 13.2, was besagt, dass es 400 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte. Diese neu entdeckte Galaxie hat diesen Rekord eindeutig gebrochen, da der JWST um weitere etwa 100 Millionen Jahre in die Vergangenheit zurückreicht.
„JADES-GS-z14-0 wird nun zum Archetyp dieses Phänomens“, sagte Stefano Carniani, Mitglied des JADES-Kollaborationsteams an der École Normale Supérieure. „Es ist erstaunlich, dass das Universum in nur 300 Millionen Jahren eine solche Galaxie erschaffen konnte.“
JADES-GS-z14-0 sorgte für einige Überraschungen
Dem JADES-Team war nicht alles über JADES-GS-z14-0 sofort klar und einige Elemente könnten unser Bild vom frühen Kosmos trüben.
Bei ihrer ersten Entdeckung befand sich die Urgalaxie so nahe an einer näheren Vordergrundgalaxie, dass das Team vermutete, dass es sich dabei um himmlische Nachbarn handeln könnte. Diese Annahme wurde im Oktober letzten Jahres widerlegt, als die JADES-Crew fünf Tage lang eine eingehende Analyse von JADES-GS-z14-0 mit NIRCam durchführte. Die Anwendung von Filtern, die speziell zur Identifizierung früher Galaxien entwickelt wurden, bestätigte die extreme Entfernung von JADES-GS-z14-0.
„Wir sahen einfach keinen plausiblen Weg, diese Galaxie einfach als Nachbargalaxie der nächsten Galaxie zu erklären“, sagte Kevin Hainline, Mitglied des JADES-Teams und Forscher an der University of Arizona.
Die Galaxie überraschte ihre Entdecker auch, weil ihr Licht noch rötlicher ist als erwartet. Tatsächlich wird das Licht von JADES-GS-z14-0 durch den darin enthaltenen Staub „gerötet“, der zu Bausteinen für Sterne wird, die dazu beitragen, dass diese Galaxie noch größer wird.
Eine weitere Überraschung war die Entdeckung von Sauerstoff in JADES-GS-z14-0. Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, werden im Laufe ihres Lebens von Sternen geschmiedet und dann in Galaxien verteilt, wenn diese Sterne explodieren. Die Beobachtung von Sauerstoff in JADES-GS-z14-0 könnte darauf hindeuten, dass in dieser sehr jungen Galaxie bereits mindestens eine Generation von Sternen gelebt und gestorben ist.
„Alle diese Beobachtungen zusammengenommen zeigen uns, dass JADES-GS-z14-0 nicht den Galaxientypen ähnelt, die durch theoretische Modelle und Computersimulationen im sehr frühen Universum vorhergesagt wurden“, sagte Jake Helton, Forscher bei JADES. von Steward. Das teilten das Observatorium und die University of Arizona mit. „Angesichts der beobachteten Leuchtkraft der Quelle können wir vorhersagen, wie sie im Laufe der kosmischen Zeit wachsen könnte, und bisher haben wir unter den Hunderten anderer Galaxien, die wir in unserer Studie bei einer hohen Rotverschiebung beobachtet haben, kein geeignetes Analogon gefunden.“
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Helton fügte hinzu, dass angesichts der relativ kleinen Himmelsregion, die das JWST nach JADES-GS-z14-0 durchsuchte, seine Entdeckung tiefgreifende Auswirkungen auf die erwartete Anzahl heller Galaxien hat, die wir im frühen Universum sehen.
„Es ist wahrscheinlich, dass Astronomen dank JWST im Laufe des nächsten Jahrzehnts viele solcher leuchtenden Galaxien entdecken werden, vielleicht sogar früher“, schloss er. „Wir sind begeistert, die außergewöhnliche Vielfalt der Galaxien zu sehen, die im kosmischen Morgengrauen existierten!“