Physiker lösen Rätsel um alte Galaxie, die vom Webb-Teleskop entdeckt wurde

Im vergangenen September entdeckte das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) JWST-ER1g, eine riesige uralte Galaxie, die entstand, als das Universum erst ein Viertel seines heutigen Alters hatte. Überraschenderweise ist mit dieser Galaxie ein Einsteinring verbunden. Tatsächlich wirkt JWST-ER1g wie eine Linse und beugt Licht von einer entfernten Quelle, das dann als Ring erscheint – ein Phänomen, das als starke Gravitationslinse bezeichnet wird und in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wird.

Die im Ring eingeschlossene Gesamtmasse besteht aus zwei Komponenten: stellaren und dunklen Materiekomponenten.

„Wenn wir die Sternmasse von der Gesamtmasse abziehen, erhalten wir die Masse der Dunklen Materie im Ring“, sagte Hai-Bo Yu, Professor für Physik und Astronomie an der University of California in Riverside, dessen Team neue Arbeiten zu JWST veröffentlichte -ER1g im Journal Briefe aus der astrophysikalischen Zeitschrift. „Aber der Wert der Masse der Dunklen Materie scheint höher zu sein als erwartet. Das ist rätselhaft. In unserer Arbeit bieten wir eine Erklärung.“

Ein Halo aus dunkler Materie ist der unsichtbare Halo aus Materie, der eine Galaxie wie JWST-ER1g durchdringt und umgibt. Obwohl dunkle Materie im Labor noch nie nachgewiesen wurde, sind Physiker davon überzeugt, dass dunkle Materie existiert, die 85 % der Materie im Universum ausmacht.

„Wenn gewöhnliche Materie – unberührtes Gas und Sterne – im Halo aus dunkler Materie von JWST-ER1g kollabiert und kondensiert, kann sie den Halo komprimieren, was zu einer hohen Dichte führt“, sagte Demao Kong, Student im zweiten Jahr an der UCR. wer die Analyse leitete. „Unsere numerischen Studien zeigen, dass dieser Mechanismus die hohe Dichte der Dunklen Materie von JWST-ER1g erklären kann: mehr Masse der Dunklen Materie im gleichen Volumen, was zu einer höheren Dichte führt.“

Laut Daneng Yang, einem Postdoktoranden am UCR und Co-Autor der Arbeit, bietet JWST-ER1g, das 3,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall entstand, „eine hervorragende Gelegenheit, mehr über Dunkle Materie zu erfahren“.

„Dieses leistungsstarke Linsenobjekt ist einzigartig, weil es über einen perfekten Einstein-Ring verfügt, aus dem wir wertvolle Informationen über die Gesamtmasse innerhalb des Rings erhalten können, ein entscheidender Schritt bei der Prüfung der Eigenschaften der schwarzen Materie“, sagte er.

Das am Weihnachtstag 2021 gestartete JWST der NASA ist ein umlaufendes Infrarot-Observatorium. Es wird auch Webb genannt und soll Fragen zum Universum beantworten. Es ist das größte, komplexeste und leistungsstärkste Weltraumteleskop, das jemals gebaut wurde.

„JWST bietet uns eine beispiellose Gelegenheit, alte Galaxien zu beobachten, die entstanden, als das Universum noch jung war“, sagte Yu. „Wir erwarten von JWST weitere Überraschungen und werden bald mehr über schwarze Materie erfahren.“

Die Studie wurde von der John Templeton Foundation und dem US-Energieministerium unterstützt.

Der Titel des Open-Access-Forschungspapiers lautet „Cold Dark Matter and Self-Interacting Dark Matter Interpretations of the Strong Gravitational Lensing Object JWST-ER1“.