Ultraschwache Zwerggalaxie nur 480 Millionen Jahre nach dem Urknall entdeckt

Die JD1-Galaxie befindet sich hinter einem Galaxien-Superhaufen namens Abell 2744 und verfügt über eine Gravitationslinse. Sie zeigt drei Bilder.

Die ersten Milliarde Lebensjahre des Universums waren eine entscheidende Phase in seiner Entwicklung.

Nach dem Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren dehnte sich das frühe Universum aus und kühlte so weit ab, dass sich Wasserstoffatome bilden konnten.

Wasserstoffatome absorbieren ultraviolette Photonen von jungen Sternen; Bis zur Geburt der ersten Sterne und Galaxien wurde das Universum jedoch dunkel und trat in eine Periode ein, die als kosmisches dunkles Zeitalter bekannt ist.

Das Erscheinen der ersten Sterne und Galaxien einige hundert Millionen Jahre später tauchte das Universum in energiereiches ultraviolettes Licht, das begann, den Wasserstoffnebel zu verbrennen oder zu ionisieren. Dies wiederum ermöglichte es Photonen, sich durch den Weltraum zu bewegen und das Universum transparent zu machen.

Die Bestimmung der Galaxientypen, die diese Ära – die sogenannte Reionisierungsepoche – dominierten, ist heute ein wichtiges Ziel der Astronomie, aber bis zur Entwicklung des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA/ESA/CSA fehlten den Astronomen die empfindlichen Infrarotinstrumente, die zur Untersuchung erforderlich waren erste Generation von Galaxien.

„Die meisten der bisher mit Webb gefundenen Galaxien sind helle Galaxien, die selten sind und nicht als besonders repräsentativ für die jungen Galaxien gelten, die das frühe Universum bevölkerten“, sagte Dr. Guido Roberts-Borsani, Postdoktorand an der University of California , Los Angeles.

„Als solche sind sie zwar wichtig, man geht aber nicht davon aus, dass sie die Hauptverursacher sind, die sich durch den ganzen Wasserstoffnebel hindurchgebrannt haben.“

„Ultralichtschwache Galaxien wie JD1 hingegen sind weitaus zahlreicher, weshalb wir glauben, dass sie repräsentativer für die Galaxien sind, die den Reionisierungsprozess durchgeführt haben, der es ultraviolettem Licht ermöglicht, sich ungehindert durch Raum und Zeit zu bewegen.“

JD1 wurde 2014 erstmals entdeckt und befindet sich hinter dem riesigen Galaxienhaufen Abell 2744.

Abell 2744 ist etwa 4 Milliarden Lichtjahre entfernt, hat einen Durchmesser von etwa 350 Millionen Lichtjahren und hat eine Masse, die mehr als 4 Billionen Sonnenmassen entspricht.

Die kombinierte Schwerkraft des Clusters beugt und verstärkt das Licht von JD1, wodurch die schwache Galaxie größer und 13-mal heller erscheint, als sie es sonst tun würde.

Dr. Roberts-Borsani und Kollegen verwendeten Webbs Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec), um das Infrarotspektrum von JD1 zu erhalten und so das genaue Alter und die Entfernung von der Erde sowie die Anzahl der Sterne und die Menge an Staub und schweren Elementen zu bestimmen es bildete sich in seiner relativ kurzen Lebensdauer.

„Da Licht Zeit braucht, um zur Erde zu gelangen, wird JD1 so gesehen, wie es vor etwa 13,3 Milliarden Jahren war, als das Universum nur etwa 4 % seines heutigen Alters hatte“, erklärten sie.

Die Kombination aus der Gravitationsvergrößerung der Galaxie und neuen Bildern von Webbs Nahinfrarotkamera (NIRCam) ermöglichte es dem Team außerdem, die Struktur der Galaxie in beispielloser Detailgenauigkeit und Auflösung zu untersuchen und dabei drei längliche Hauptklumpen aus Staub und Gas zu entdecken, die Sterne bilden .

Die Autoren nutzten die neuen Daten, um das Licht von JD1 auf seine ursprüngliche Quelle und Form zurückzuführen und enthüllten eine kompakte Galaxie, die nur einen Bruchteil der Größe älterer Galaxien wie der Milchstraße hat.

„Bevor Webb vor einem Jahr einschaltete, konnten wir nicht einmal davon träumen, eine so schwache Galaxie zu bestätigen“, sagte Professor Tommaso Treu, ein Astronom an der University of California in Los Angeles.

„Die Kombination von Webb und der Vergrößerungskraft der Gravitationslinse ist eine Revolution.“

„Wir schreiben das Buch über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien unmittelbar nach dem Urknall neu.“

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.

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G. Roberts-Borsani et al. Die Natur einer ultraschwachen Galaxie im kosmischen dunklen Zeitalter, beobachtet mit JWST. Natur, online veröffentlicht am 17. Mai 2023; doi: 10.1038/s41586-023-05994-w