Webb entdeckt Sternhaufen in einer jungen Galaxie

Jun­ge Gala­xien im frü­hen Uni­ver­sum durch­lie­fen bedeu­ten­de Pha­sen der Stern­ent­ste­hung, die beträcht­li­che Men­gen an ioni­sie­ren­der Strah­lung erzeug­ten. Auf­grund ihrer kos­mo­lo­gi­schen Ent­fer­nun­gen haben sich direk­te Unter­su­chun­gen ihres Stern­ge­halts jedoch als schwie­rig erwie­sen. Mit Hil­fe des James-Webb-Welt­raum­te­le­skop der NASA/ESA/CSA hat ein inter­na­tio­na­les Team von Astro­no­men nun fünf jun­ge, mas­se­rei­che Stern­hau­fen im Cos­mic Gems-Bogen (SPT0615-JD1) ent­deckt, einer durch den Gra­vi­ta­ti­ons­lin­sen­ef­fekt stark ver­form­ten Gala­xie, die ihr Licht aus­strahl­te, als das Uni­ver­sum etwa 460 Mil­lio­nen Jah­re alt war und dabei 97% der kos­mi­schen Zeit zurück­blick­te. Dies ist die ers­te Ent­de­ckung von Stern­hau­fen in einer jun­gen Gala­xie weni­ger als 500 Mil­lio­nen Jah­re nach dem Urknall.

Der Cos­mic Gems-Bogen wur­de ursprüng­lich in Bil­dern des Hub­ble-Welt­raum­te­le­skops der NASA/ESA ent­deckt, die im Rah­men des RELICS-Pro­gramms (Reio­niza­ti­on Len­sing Clus­ter Sur­vey) des gelins­ten Gala­xien­hau­fens SPT-CL J0615−5746 auf­ge­nom­men wurden. 

„Man nimmt an, dass die­se Gala­xien eine der Haupt­quel­len der inten­si­ven Strah­lung sind, die das frü­he Uni­ver­sum reio­ni­siert hat“, so die Erst­au­torin Ange­la Ada­mo von der Uni­ver­si­tät Stock­holm und dem Oskar-Klein-Zen­trum in Schwe­den. „Das Beson­de­re am Cos­mic Gems-Bogen ist, dass wir die Gala­xie dank der Gra­vi­ta­ti­ons­lin­se tat­säch­lich bis auf Par­sec-Ska­len auf­lö­sen können!“

Mit Webb kann das Wis­sen­schafts­team nun sehen, wo Ster­ne ent­ste­hen und wie sie ver­teilt sind, ähn­lich wie das Hub­ble-Welt­raum­te­le­skop zur Unter­su­chung loka­ler Gala­xien. Webbs Sicht bie­tet eine ein­zig­ar­ti­ge Gele­gen­heit, die Stern­ent­ste­hung und das Innen­le­ben jun­ger Gala­xien aus einer so bei­spiel­lo­sen Ent­fer­nung zu untersuchen.

„Webbs unglaub­li­che Emp­find­lich­keit und Win­kel­auf­lö­sung bei Wel­len­län­gen im nahen Infra­rot, kom­bi­niert mit der Gra­vi­ta­ti­ons­lin­sen­wir­kung des mas­si­ven Gala­xien­hau­fens im Vor­der­grund, ermög­lich­ten die­se Ent­de­ckung“, erklär­te Lar­ry Brad­ley vom Space Telescope Sci­ence Insti­tu­te und Lei­ter des Webb-Beob­ach­tungs­pro­gramms, das die­se Daten erfasst hat. „Kein ande­res Tele­skop hät­te die­se Ent­de­ckung machen können.“

„Die Über­ra­schung und das Erstau­nen waren unglaub­lich, als wir Webbs Bil­der zum ers­ten Mal öff­ne­ten“, füg­te Ada­mo hin­zu. „Wir sahen eine klei­ne Ket­te hel­ler Punk­te, die sich von einer Sei­te zur ande­ren spie­gel­ten – die­se kos­mi­schen Edel­stei­ne sind Stern­hau­fen! Ohne Webb hät­ten wir nicht gewusst, dass wir Stern­hau­fen in einer so jun­gen Gala­xie vor uns haben!“ 

In unse­rer Milch­stra­ße sehen wir uralte Kugel­stern­hau­fen, die durch die Schwer­kraft gebun­den sind und Mil­li­ar­den von Jah­ren über­lebt haben. Es han­delt sich dabei um alte Relik­te inten­si­ver Stern­ent­ste­hung im frü­hen Uni­ver­sum, aber es ist nicht genau bekannt, wo und wann die­se Hau­fen ent­stan­den sind. Die Ent­de­ckung mas­se­rei­cher jun­ger Stern­hau­fen im Cos­mic Gems-Bogen bie­tet uns einen her­vor­ra­gen­den Ein­blick in die frü­hen Sta­di­en eines Pro­zes­ses, der zur Bil­dung von Kugel­stern­hau­fen füh­ren kann. Die neu ent­deck­ten Hau­fen im Bogen sind mas­siv, dicht und befin­den sich in einer sehr klei­nen Regi­on ihrer Gala­xie, tra­gen aber auch den größ­ten Teil des ultra­vio­let­ten Lichts ihrer Mut­ter­ga­la­xie bei. Die Hau­fen sind deut­lich dich­ter als nahe­ge­le­ge­ne Stern­hau­fen. Die­se Ent­de­ckung wird Wis­sen­schaft­lern hel­fen, bes­ser zu ver­ste­hen, wie jun­ge Gala­xien ihre Ster­ne bil­de­ten und wo Kugel­stern­hau­fen ent­stan­den sind.

Das Team stellt fest, dass die­se Ent­de­ckung eine Viel­zahl wis­sen­schaft­li­cher Berei­che mit­ein­an­der ver­bin­det. „Die­se Ergeb­nis­se lie­fern direk­te Bewei­se dafür, dass sich in licht­schwa­chen Gala­xien, wäh­rend der Ära der Reio­ni­sa­ti­on, Pro­to-Kugel­stern­hau­fen gebil­det haben, was zu unse­rem Ver­ständ­nis dar­über bei­trägt, wie es die­sen Gala­xien gelun­gen ist, das Uni­ver­sum zu reio­ni­sie­ren“, erklär­te Ada­mo. „Die­se Ent­de­ckung lie­fert auch wich­ti­ge Hin­wei­se auf die Ent­ste­hung von Kugel­stern­hau­fen und ihre ursprüng­li­chen Eigen­schaf­ten.“ Bei­spiels­wei­se lie­fern uns die hohen Stern­dich­ten in den Stern­hau­fen ers­te Hin­wei­se auf die Pro­zes­se, die in ihrem Inne­ren ablau­fen, und geben neue Ein­bli­cke in die mög­li­che Bil­dung sehr mas­se­rei­cher Ster­ne und Kei­me Schwar­zer Löcher, die bei­de für die Gala­xien­ent­wick­lung wich­tig sind.“

Für die Zukunft hofft das Team, eine Stich­pro­be von Gala­xien zu erstel­len, für die eine ähn­li­che Auf­lö­sung erreicht wer­den kann. „Ich bin zuver­sicht­lich, dass es im frü­hen Uni­ver­sum noch ande­re Sys­te­me wie die­ses dar­auf war­tet, ent­deckt zu wer­den, die es uns ermög­li­chen, unser Ver­ständ­nis der frü­hen Gala­xien zu ver­bes­sern“, sag­te Eros Van­zel­la vom INAF – Obser­va­to­ri­um für Astro­phy­sik und Welt­raum­wis­sen­schaf­ten in Bolo­gna (OAS), Ita­li­en, einer der Haupt­be­tei­lig­ten an die­ser Arbeit.

In der Zwi­schen­zeit berei­tet sich das Team auf wei­te­re Beob­ach­tun­gen und Spek­tro­sko­pie mit Webb vor. „Wir pla­nen, die­se Gala­xie in Zyklus 3 mit den Instru­men­ten NIR­Spec und MIRI von Webb zu unter­su­chen“, füg­te Brad­ley hin­zu. „Die NIR­Spec-Beob­ach­tun­gen wer­den es uns ermög­li­chen, die Rot­ver­schie­bung der Gala­xie zu bestä­ti­gen und die ultra­vio­let­te Emis­si­on der Stern­hau­fen zu unter­su­chen, die zur detail­lier­te­ren Unter­su­chung ihrer phy­si­ka­li­schen Eigen­schaf­ten ver­wen­det wer­den wird. Die MIRI-Beob­ach­tun­gen wer­den es uns ermög­li­chen, die Eigen­schaf­ten des ioni­sier­ten Gases zu unter­su­chen. Die spek­tro­sko­pi­schen Beob­ach­tun­gen wer­den es uns außer­dem ermög­li­chen, die Stern­ent­ste­hungs­ra­te räum­lich abzubilden.“

Die­se Ergeb­nis­se wur­den heu­te in Natu­re ver­öf­fent­licht. Die Daten für die­ses Ergeb­nis wur­den mit dem Webb-Beob­ach­tungs­pro­gramm Nr. 4212 (PI: L. Brad­ley) erfasst.

Hintergrundinformationen

Webb ist das größ­te und leis­tungs­stärks­te Tele­skop, das jemals ins All geschos­sen wur­de. Im Rah­men einer inter­na­tio­na­len Koope­ra­ti­ons­ver­ein­ba­rung stell­te die ESA den Start­dienst des Tele­skops mit­hil­fe der Trä­ger­ra­ke­te Aria­ne 5 bereit. In Zusam­men­ar­beit mit Part­nern war die ESA für die Ent­wick­lung und Qua­li­fi­zie­rung von Aria­ne-5-Anpas­sun­gen für die Webb-Mis­si­on sowie für die Beschaf­fung des Start­diens­tes durch Aria­nespace ver­ant­wort­lich. Die ESA stell­te außer­dem den leis­tungs­star­ken Spek­tro­gra­phen NIR­Spec und 50 % des Mit­tel­in­fra­rot­in­stru­ments MIRI zur Ver­fü­gung, das von einem Kon­sor­ti­um natio­nal finan­zier­ter euro­päi­scher Insti­tu­te (dem MIRI Euro­pean Con­sor­ti­um) in Zusam­men­ar­beit mit dem JPL und der Uni­ver­si­ty of Ari­zo­na ent­wor­fen und gebaut wurde.

Webb ist eine inter­na­tio­na­le Part­ner­schaft zwi­schen NASA, ESA und der Cana­di­an Space Agen­cy (CSA).

Bild­quel­le: ESA/Webb, NASA & CSA, L. Brad­ley (STScI), A. Ada­mo (Uni­ver­si­tät Stock­holm) und die Cos­mic Spring-Kollaboration

Links

• Wis­sen­schaft­li­ches Paper
• Ver­öf­fent­li­chung auf der ESA-Website

Link zur Pres­se­mit­tei­lung: ESA/Hubble/Webb weic2418