Galaxie mit der Masse der jungen Milchstraße entdeckt

Das James-Webb-Welt­raum­te­le­skop der NASA/ESA/CSA hat zum ers­ten Mal eine Gala­xie ent­deckt und „gewo­gen“, die nicht nur rund 600 Mil­lio­nen Jah­re nach dem Urknall exis­tier­te, son­dern auch eine Mas­se hat, die der Mas­se unse­rer Milch­stra­ße im sel­ben Ent­wick­lungs­sta­di­um ähn­lich ist. Ande­re Gala­xien, die Webb zu die­sem Zeit­punkt in der Geschich­te des Uni­ver­sums ent­deckt hat, sind deut­lich mas­se­rei­cher. Die­se Gala­xie mit dem Spitz­na­men „Fire­fly Spark­le“ (Glüh­würm­chen-Gala­xie) glänzt mit ins­ge­samt 10 Stern­hau­fen, von denen die For­scher jeden ein­zel­nen sehr genau unter­sucht haben.

„Ich hät­te nicht gedacht, dass es mög­lich wäre, eine Gala­xie, die so früh im Uni­ver­sum exis­tier­te, in so vie­le ver­schie­de­ne Kom­po­nen­ten auf­zu­lö­sen, geschwei­ge denn her­aus­zu­fin­den, dass ihre Mas­se der unse­rer eige­nen Gala­xie ähnelt, als sie sich im Ent­ste­hungs­pro­zess befand“, sag­te Lami­ya Mow­la, Co-Haupt­au­to­rin des Arti­kels und Assis­tenz­pro­fes­so­rin am Wel­les­ley Col­lege in Mas­sa­chu­setts. „In die­ser win­zi­gen Gala­xie pas­siert so viel, dar­un­ter so vie­le ver­schie­de­ne Pha­sen der Sternentstehung.“

Webb war aus zwei Grün­den in der Lage, die Gala­xie in aus­rei­chen­der Detail­tie­fe abzu­bil­den. Der eine ist ein Vor­teil des Kos­mos: Ein mas­si­ver Gala­xien­hau­fen im Vor­der­grund ver­stärk­te das Erschei­nungs­bild der ent­fern­ten Gala­xie durch einen natür­li­chen Effekt, der als Gra­vi­ta­ti­ons­lin­se bekannt ist. Und in Kom­bi­na­ti­on mit der Spe­zia­li­sie­rung des Tele­skops auf hoch­auf­lö­sen­de Abbil­dung von Infra­rot­licht lie­fer­te Webb bei­spiel­lo­se neue Daten über den Inhalt der Galaxie.

„Ohne den Vor­teil die­ser Gra­vi­ta­ti­ons­lin­se wären wir nicht in der Lage, die­se Gala­xie auf­zu­lö­sen“, sag­te Kart­heik Iyer, Co-Haupt­au­tor und NASA Hub­ble Fel­low an der Colum­bia Uni­ver­si­ty in New York. „Auf­grund der aktu­el­len Phy­sik wuss­ten wir, dass wir es erwar­ten wür­den, aber es ist über­ra­schend, dass wir es tat­säch­lich gese­hen haben.“

Mow­la, der die Gala­xie auf Webbs Bild ent­deck­te, fühl­te sich von ihren leuch­ten­den Stern­hau­fen ange­zo­gen, da fun­keln­de Objek­te nor­ma­ler­wei­se dar­auf hin­deu­ten, dass sie extrem klum­pig und kom­pli­ziert sind. Da die Gala­xie wie ein Schwarm von Glüh­würm­chen in einer war­men Som­mer­nacht aus­sieht, nann­ten sie sie Fire­fly Spark­le Galaxie.

Rekonstruktion des Aussehens der Galaxie

Das For­schungs­team model­lier­te, wie die Gala­xie aus­ge­se­hen hät­te, wenn ihr Bild nicht durch Gra­vi­ta­ti­ons­lin­sen gestreckt wor­den wäre, und ent­deck­te, dass sie einem läng­li­chen Regen­trop­fen ähnel­te. Dar­in hän­gen oben zwei und unten acht Stern­hau­fen. „Unse­re Rekon­struk­ti­on zeigt, dass Klum­pen von sich aktiv bil­den­den Ster­nen von dif­fu­sem Licht ande­rer, nicht auf­ge­lös­ter Ster­ne umge­ben sind“, sag­te Iyer. „Die­se Gala­xie ist buch­stäb­lich dabei, sich zusammenzusetzen.“

Webbs Daten zei­gen, dass die Fire­fly-Spark­le-Gala­xie eher klei­ner ist und in die Kate­go­rie einer Gala­xie mit gerin­ger Mas­se fällt. Es wer­den Mil­li­ar­den von Jah­ren ver­ge­hen, bis sie ihr vol­les Gewicht und eine aus­ge­präg­te Form erreicht hat. „Die meis­ten ande­ren Gala­xien, die Webb uns gezeigt hat, sind weder ver­grö­ßert noch gestreckt, und wir sind nicht in der Lage, ihre ‚Bau­stei­ne‘ ein­zeln zu sehen.“ „Mit Fire­fly Spark­le erle­ben wir, wie eine Gala­xie Stein für Stein zusam­men­ge­setzt wird“, sag­te Mowla.

Gestreckt und leuchtend, bereit für eine genaue Analyse

Da das Bild der Gala­xie zu einem lan­gen Bogen ver­zerrt ist, konn­ten die For­scher leicht 10 ver­schie­de­ne Stern­hau­fen aus­ma­chen, die den Groß­teil des Lichts der Gala­xie aus­sen­den. Sie sind hier in Rosa‑, Lila- und Blau­tö­nen dar­ge­stellt. Die­se Far­ben in den Webb-Bil­dern und den zuge­hö­ri­gen Spek­tren bestä­ti­gen, dass die Stern­ent­ste­hung in die­ser Gala­xie nicht auf ein­mal, son­dern zeit­lich gestaf­felt erfolgte.

„Die­se Gala­xie ver­fügt über eine viel­fäl­ti­ge Popu­la­ti­on von Stern­hau­fen, und es ist bemer­kens­wert, dass wir sie in einem so frü­hen Alter des Uni­ver­sums getrennt sehen kön­nen“, sag­te Chris Wil­lott vom Natio­nal Rese­arch Coun­cil Cana­da, Mit­au­tor und Lei­ter des Beob­ach­tungs­pro­gramms. „Jeder Stern­hau­fen durch­läuft eine ande­re Pha­se der Ent­ste­hung oder Entwicklung.“

Die pro­ji­zier­te Form der Gala­xie zeigt, dass sich die Ster­ne nicht zu einer zen­tra­len Aus­buch­tung oder einer dün­nen, abge­flach­ten Schei­be zusam­men­ge­ballt haben – ein wei­te­res Indiz dafür, dass sich die Gala­xie noch in der Ent­ste­hung befindet.

„Glühende“ Begleiter

Die For­scher kön­nen nicht vor­her­sa­gen, wie sich die­se unge­ord­ne­te Gala­xie im Lau­fe von Mil­li­ar­den von Jah­ren auf­bau­en und for­men wird, aber es gibt zwei Gala­xien, von denen das Team bestä­tig­te, dass sie in einem engen Umkreis „her­um­hän­gen“ und mög­li­cher­wei­se beein­flus­sen, wie die Gala­xie im Lau­fe von Mil­li­ar­den von Jah­ren an Mas­se gewinnt. Fire­fly Spark­le ist nur 6.500 Licht­jah­re von sei­nem ers­ten Beglei­ter ent­fernt und sein zwei­ter Beglei­ter ist 42.000 Licht­jah­re von­ein­an­der ent­fernt. Zum Ver­gleich: Die voll­stän­dig aus­ge­bil­de­te Milch­stra­ße hat einen Durch­mes­ser von etwa 100.000 Licht­jah­ren – alle drei wür­den in sie hin­ein­pas­sen. Die Beglei­ter ste­hen sich nicht nur sehr nahe, die For­scher gehen auch davon aus, dass sie ein­an­der umkreisen.

Jedes Mal, wenn eine Gala­xie an einer ande­ren vor­bei­zieht, kon­den­siert und kühlt sich das Gas ab, sodass sich neue Ster­ne in Klum­pen bil­den kön­nen, die die Mas­se der Gala­xien ver­grö­ßern. „Es wur­de schon lan­ge vor­her­ge­sagt, dass Gala­xien im frü­hen Uni­ver­sum durch auf­ein­an­der­fol­gen­de Wech­sel­wir­kun­gen und Ver­schmel­zun­gen mit ande­ren klei­ne­ren Gala­xien ent­ste­hen“, sag­te Yoshi­hi­sa Asa­da, Co-Autor und Dok­to­rand an der Uni­ver­si­tät Kyo­to in Japan. „Wir könn­ten die­sen Pro­zess in Akti­on erle­ben .“

„Dies ist nur die ers­te von vie­len Gala­xien die­ser Art, die das JWST ent­de­cken wird, da wir gera­de erst damit begin­nen, die­se kos­mi­schen Mikro­sko­pe zu nut­zen“, füg­te Team­mit­glied Maruša Bra­dač von der Uni­ver­si­tät Ljublja­na in Slo­we­ni­en hin­zu. „So wie wir mit Mikro­sko­pen Pol­len­kör­ner von Pflan­zen sehen kön­nen, kön­nen wir mit der unglaub­li­chen Auf­lö­sung von Webb und der Ver­grö­ße­rungs­kraft der Gra­vi­ta­ti­ons­lin­se die klei­nen Tei­le im Inne­ren von Gala­xien sehen. Unser Team ana­ly­siert jetzt alle frü­hen Gala­xien, und die Ergeb­nis­se wei­sen alle in die­sel­be Rich­tung: Wir müs­sen noch viel mehr dar­über erfah­ren, wie sich die­se frü­hen Gala­xien gebil­det haben.“

Die For­schung des Teams stütz­te sich auf Daten des CAna­di­an NIRISS Unbi­a­sed Clus­ter Sur­vey von Webb, die Nahin­fra­rot­bil­der der NIR­Cam (Near-InfraRed Came­ra) und Spek­tren des Mik­ro­shut­ter-Arrays an Bord des NIR­Spec (Near-Infrared Spec­tro­graph) umfas­sen. Die CANUCS-Daten deck­ten absicht­lich ein Feld ab, das vom Hub­ble-Welt­raum­te­le­skop der NASA im Rah­men des Pro­gramms Clus­ter Len­sing And Super­no­va Sur­vey with Hub­ble auf­ge­nom­men wurde.

Die­se Arbeit wur­de am 12. Dezem­ber 2024 in der Zeit­schrift Natu­re veröffentlicht.

Hintergrundinformationen

Webb ist das größ­te und leis­tungs­stärks­te Tele­skop, das je ins All geschos­sen wur­de. Im Rah­men eines inter­na­tio­na­len Koope­ra­ti­ons­ab­kom­mens hat die ESA den Start des Tele­skops mit der Trä­ger­ra­ke­te Aria­ne 5 durch­ge­führt. In Zusam­men­ar­beit mit ihren Part­nern war die ESA für die Ent­wick­lung und Qua­li­fi­zie­rung der Aria­ne-5-Anpas­sun­gen für die Webb-Mis­si­on sowie für die Beschaf­fung des Start­ser­vices durch Aria­nespace ver­ant­wort­lich. Die ESA stell­te auch den Arbeits­spek­tro­gra­phen NIR­Spec und 50 % des Instru­ments für das mitt­le­re Infra­rot (MIRI) zur Ver­fü­gung, das von einem Kon­sor­ti­um aus natio­nal finan­zier­ten euro­päi­schen Insti­tu­ten (dem MIRI Euro­pean Con­sor­ti­um) in Zusam­men­ar­beit mit dem JPL und der Uni­ver­si­tät von Ari­zo­na ent­wi­ckelt und gebaut wurde.

Webb ist eine inter­na­tio­na­le Part­ner­schaft zwi­schen der NASA, der ESA und der kana­di­schen Welt­raum­be­hör­de (CSA).

Bild­quel­le: NASA, ESA, CSA, STScI, C. Wil­lott (NRC-Kana­da), L. Mow­la (Wel­les­ley Col­lege), K. Iyer (Colum­bia)

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