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Sternbalken zeigen, dass sich die ersten Galaxien im Universum viel schneller entwickelten als bisher angenommen

Ein Graustufenbild der Galaxie EGS_31125 vor 10,6 Milliarden Jahren, gesehen vom James Webb-Weltraumteleskop. Der Galaxienbalken ist sichtbar (im mittleren Bild durch eine dicke, durchgehende violette Linie abgegrenzt, wobei die Spiralarme als schwache violette Linien dargestellt sind). Bildnachweis: Zoé Le Conte

Die frühesten Galaxien des Universums waren weniger chaotisch und wuchsen viel schneller als bisher angenommen, so eine neue Forschung, die mehr als zehn Milliarden Jahre zurückreicht. Ein internationales Astronomenteam unter der Leitung der University of Durham, Großbritannien, nutzte das James Webb Space Telescope (JWST), um Hinweise auf die Entstehung von Balken zu finden, als das Universum erst wenige Milliarden Jahre alt war.

Diese neueste Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Balken sind längliche Sternenbänder, die in Scheiben- oder Spiralgalaxien wie unserer Milchstraße vorkommen. Wenn die Balken wachsen, regulieren sie die Sternentstehung innerhalb einer Galaxie, indem sie Gas in die Zentralregion der Galaxie drängen, und ihre Anwesenheit verrät Wissenschaftlern, dass Galaxien in eine stabile, reife Phase eingetreten sind.

Frühere Studien mit dem Hubble-Weltraumteleskop hatten vor acht oder neun Milliarden Jahren Balkengalaxien entdeckt. Aber die erhöhte Empfindlichkeit und der erhöhte Wellenlängenbereich des JWST ermöglichten es den Forschern, das Phänomen sogar noch weiter zurück in der Zeit zu beobachten. Dies bedeutet, dass Wissenschaftler möglicherweise ihre Theorien über die Entwicklung von Galaxien ab den frühesten Stadien der Entstehung des Universums überdenken müssen.

Hauptautorin Zoe Le Conte, Ph.D. Forscher am Zentrum für extragalaktische Astronomie im Fachbereich Physik der Universität Durham sagten: „Die Galaxien des frühen Universums reifen viel schneller heran, als wir dachten.“ Das ist eine echte Überraschung, denn man würde erwarten, dass das Universum zu diesem Zeitpunkt sehr turbulent ist, mit vielen Kollisionen zwischen Galaxien und viel Gas, das sich noch nicht in Sterne verwandelt hat.

Sternbalken zeigen, dass sich die ersten Galaxien im Universum viel schneller entwickelten als bisher angenommen

Ein Graustufenbild der Galaxie EGS_31125 vor 10,6 Milliarden Jahren, visuell als stark vergittert klassifiziert (im mittleren Bild durch eine dicke durchgehende violette Linie abgegrenzt, wobei die Spiralarme durch schwache violette Linien dargestellt sind). Von links nach rechts: Hubble-Weltraumteleskop WFC3 F160W und James Webb NIRCam-Weltraumteleskop F356W und F444W. Dieser Filtervergleich zeigt die Auswirkungen der Punktspreizfunktion (PSF), der Empfindlichkeit und des Wellenlängenbereichs auf ein Galaxienbild, insbesondere im Zusammenhang mit Balken. Bildnachweis: Zoé Le Conte

„Dank des James-Webb-Weltraumteleskops sehen wir viele dieser Balken jedoch viel früher im Leben des Universums, was bedeutet, dass sich die Galaxien in einem weiter fortgeschrittenen Stadium ihrer Entwicklung befanden als bisher angenommen um unsere Ansichten über die frühe Entwicklung von Galaxien anzupassen.

Die Forscher nutzten JWST, um nach Balkenbildungen in Galaxien zu suchen, wie sie vor acht bis 11,5 Milliarden Jahren beobachtet worden wären. Das Universum selbst ist 13,7 Milliarden Jahre alt.

Von den 368 beobachteten Scheibengalaxien stellten die Forscher fest, dass fast 20 % Balken aufwiesen, doppelt so viele wie von Hubble beobachtet.

Co-Autor Dr. Dimitri Gadotti vom Zentrum für extragalaktische Astronomie im Fachbereich Physik der Durham University bemerkte: „Wir entdeckten, dass es im frühen Universum viel mehr Balken gab als zuvor in Hubble-Studien gefunden, was darauf hindeutet, dass die Galaxie vorhanden war.“ von Gittern regiert. Die Evolution findet schon viel länger statt als bisher angenommen. Das Spannende daran ist, dass es viel mehr Bars gibt.

Sternbalken zeigen, dass sich die ersten Galaxien im Universum viel schneller entwickelten als bisher angenommen

Ein Graustufenbild der Galaxie EGS_31125 vor 10,6 Milliarden Jahren, gesehen vom Hubble-Weltraumteleskop. Die Galaxienleiste ist nicht sichtbar. Bildnachweis: Zoé Le Conte

„Simulationen des Universums müssen nun untersucht werden, um zu sehen, ob wir zu den gleichen Ergebnissen kommen wie die Beobachtungen, die wir mit James Webb gemacht haben. Wir müssen über das hinausdenken, was wir zu wissen glaubten.“

Wenn man weiter in die Vergangenheit zurückblickt, konnten Forscher immer weniger balkenbildende Galaxien beobachten.

Sie sagen, dass dies daran liegen könnte, dass Galaxien in einem noch früheren Stadium im Universum möglicherweise nicht so gut ausgebildet sind. Derzeit gibt es keine Möglichkeit, kürzere Sternsterne zu sehen, die weniger leicht zu erkennen sind, selbst mit der erhöhten Teleskopleistung des JWST.

Die Forscher sagen, sie wollen nun noch mehr Galaxien im frühen Universum untersuchen, um zu sehen, ob sie auch Balken gebildet haben. Sie hoffen, irgendwann noch weiter in die Zeit zurückgehen zu können – 12,2 Milliarden Jahre –, um zu untersuchen, wie die Balken im Laufe der Zeit wuchsen und welche Mechanismen dieses Wachstum verursachten.

  • Sternbalken zeigen, dass sich die ersten Galaxien im Universum viel schneller entwickelten als bisher angenommen

    Künstlerische Darstellung, die den Aufbau der Milchstraße zeigt. Der Balken ist die längliche gelbliche Struktur, die das Zentrum der Galaxie durchquert. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Verletzt

  • Sternbalken zeigen, dass sich die ersten Galaxien im Universum viel schneller entwickelten als bisher angenommen

    Künstlerische Darstellung des James-Webb-Weltraumteleskops, dessen Hauptspiegel in Richtung Kosmos zeigt. Bildnachweis: TRW-Ball

Das JWST ersetzt das Hubble-Weltraumteleskop und ist das größte und leistungsstärkste jemals gebaute Weltraumteleskop.

Das Zentrum für extragalaktische Astronomie der Universität Durham war an der wissenschaftlichen Entwicklung des Teleskops beteiligt, einschließlich des Mittelinfrarot-Instruments (MIRI), das zur Untersuchung von Galaxien und Schwarzen Löchern verwendet wird. Das Durham Advanced Instrumentation Centre fertigte auch einige der Optiken für das JWST Near Infrarot Spectrograph (NIRSpec) Integrated Field Unit-Instrument.

An der neuesten Studie beteiligten sich auch Wissenschaftler des Institute for Computational Cosmology der Durham University der University of Victoria, Kanada; Jodrell Bank Centre for Astrophysics – Universität Manchester, Vereinigtes Königreich; die Europäische Südsternwarte; die Abteilung für Astronomie und Atmosphärenwissenschaften, Kyungpook National University, Republik Korea; das Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland; Universität Aix Marseille, Frankreich.

Mehr Informationen:
Zoe Le Conte et al, Eine JWST-Untersuchung des Balkenanteils bei Rotverschiebungen 1 < z < 3, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae921. An arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2309.10038

Zur Verfügung gestellt von der Durham University

Zitat: Sternbalken zeigen, dass sich die ersten Galaxien im Universum viel schneller entwickelten als bisher angenommen (23. April 2024), abgerufen am 23. April 2024 von https://phys.org/news/2024-04-star-bars-universe-early-galaxies. html

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By rb8jg

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