Sauerstoff in der am weitesten entfernten Galaxie nachgewiesen

Zwei ver­schie­de­ne For­schungs­grup­pen haben in der am wei­tes­ten ent­fern­ten bekann­ten Gala­xie, JADES-GS-z14‑0, Sau­er­stoff nach­ge­wie­sen. Wie in zwei sepa­ra­ten Stu­di­en berich­tet wur­de, gelang die­se Ent­de­ckung dank des Ata­ca­ma Lar­ge Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die Euro­päi­sche Süd­stern­war­te (ESO) betei­ligt ist. Die­ser rekord­ver­däch­ti­ge Nach­weis lässt Astro­no­men neu dar­über nach­den­ken, wie schnell sich Gala­xien im frü­hen Uni­ver­sum gebil­det haben.

JADES-GS-z14‑0 wur­de letz­tes Jahr im Stern­bild Che­mi­scher Ofen (For­nax) ent­deckt und gilt als die am wei­tes­ten ent­fern­te bestä­tig­te Gala­xie, die jemals gefun­den wur­de: Sie ist so weit ent­fernt, dass ihr Licht 13,4 Mil­li­ar­den Jah­re gebraucht hat, um uns zu errei­chen. Das bedeu­tet, dass wir sie zu einem Zeit­punkt sehen, als das Uni­ver­sum weni­ger als 300 Mil­lio­nen Jah­re alt war, was etwa 2 % sei­nes heu­ti­gen Alters ent­spricht. Der neue Nach­weis von Sau­er­stoff mit ALMA, einem Zusam­men­schluss von Tele­sko­pen in der chi­le­ni­schen Ata­ca­ma-Wüs­te, deu­tet dar­auf hin, dass die Gala­xie che­misch viel wei­ter ent­wi­ckelt ist als erwartet.

„Es ist, als wür­de man einen Jugend­li­chen dort fin­den, wo man nur Babys erwar­tet“, sagt San­der Schouws, Dok­to­rand am Obser­va­to­ri­um Lei­den in den Nie­der­lan­den und Erst­au­tor der von den Nie­der­lan­den gelei­te­ten Stu­die, die jetzt zur Ver­öf­fent­li­chung in The Astro­phy­si­cal Jour­nal ange­nom­men wur­de. „Die Ergeb­nis­se zei­gen, dass sich die Gala­xie in sehr kur­zer Zeit gebil­det hat und auch schnell wächst, was die immer zahl­rei­che­ren Bele­ge dafür unter­mau­ert, dass die Bil­dung von Gala­xien viel schnel­ler von­stat­ten­geht als erwar­tet.“

Gala­xien begin­nen ihr Leben in der Regel mit vie­len jun­gen Ster­nen, die haupt­säch­lich aus leich­ten Ele­men­ten wie Was­ser­stoff und Heli­um bestehen. Wäh­rend sich die Ster­ne wei­ter­ent­wi­ckeln, erzeu­gen sie schwe­re­re Ele­men­te wie Sau­er­stoff, die sich nach ihrem Tod in ihrer Wirts­ga­la­xie ver­tei­len. Zuvor waren For­schen­de davon aus­ge­gan­gen, dass das 300 Mil­lio­nen Jah­re alte Uni­ver­sum noch zu jung war, um Gala­xien mit einem hohen Anteil an schwe­ren Ele­men­ten zu bil­den. Die bei­den ALMA-Stu­di­en deu­ten jedoch dar­auf hin, dass JADES-GS-z14‑0 etwa zehn­mal mehr schwe­re Ele­men­te ent­hält als erwartet.

„Ich war von den uner­war­te­ten Ergeb­nis­sen über­rascht, weil sie einen neu­en Blick auf die ers­ten Sta­di­en der Gala­xien­ent­wick­lung eröff­nen“, sagt Ste­fa­no Car­nia­ni von der Scuo­la Nor­ma­le Supe­rio­re in Pisa, Ita­li­en, und Haupt­au­tor des Arti­kels, der jetzt zur Ver­öf­fent­li­chung in Astro­no­my & Astro­phy­sics ange­nom­men wur­de. „Die­ser Nach­weis einer ent­wi­ckel­ten Gala­xie im jun­gen Uni­ver­sum wirft die Fra­ge auf, wann und wie sich Gala­xien gebil­det haben.“

Zudem konn­ten die Astro­nom­in­nen und Astro­no­men durch den Nach­weis von Sau­er­stoff ihre Ent­fer­nungs­mes­sun­gen zu JADES-GS-z14‑0 sehr viel genau­er durch­füh­ren. „Der Nach­weis durch ALMA ermög­licht eine außer­or­dent­lich prä­zi­se Mes­sung der Ent­fer­nung der Gala­xie mit einer Unsi­cher­heit von nur 0,005 Pro­zent. „Die­se Prä­zi­si­on – ver­gleich­bar mit einer Genau­ig­keit von 5 cm auf einer Stre­cke von 1 km – hilft uns, unser Ver­ständ­nis der Eigen­schaf­ten ent­fern­ter Gala­xien zu ver­fei­nern“, fügt Eleo­no­ra Par­lan­ti hin­zu, Dok­to­ran­din an der Scuo­la Nor­ma­le Supe­rio­re in Pisa. Sie ist eben­falls eine Autorin der Stu­die in Astro­no­my & Astro­phy­sics. [1].

„Obwohl die Gala­xie ursprüng­lich mit dem Welt­raum­te­le­skop James Webb ent­deckt wur­de, konn­ten wir ihre enor­me Ent­fer­nung erst mit ALMA bestä­ti­gen und genau bestim­men“,[2] sagt Pro­fes­sor Rychard Bou­wens, Mit­glied des Teams am Obser­va­to­ri­um Lei­den. „Dies zeigt die erstaun­li­che Syn­er­gie zwi­schen ALMA und JWST bei der Erfor­schung der Ent­ste­hung und Ent­wick­lung der ers­ten Gala­xien.“

Ger­gö Pop­ping, Astro­nom der ESO am Euro­pean ALMA Regio­nal Cent­re, der nicht an den Stu­di­en betei­ligt war, sagt: „Ich war wirk­lich über­rascht von die­sem ein­deu­ti­gen Nach­weis von Sau­er­stoff in JADES-GS-z14‑0. Er deu­tet dar­auf hin, dass sich Gala­xien nach dem Urknall schnel­ler bil­den kön­nen als bis­her ange­nom­men. Die­ses Ergeb­nis zeigt, welch wich­ti­ge Rol­le ALMA bei der Erfor­schung der Bedin­gun­gen spielt, unter denen sich die ers­ten Gala­xien in unse­rem Uni­ver­sum gebil­det haben.“

Endnoten

[1] Astro­no­men ver­wen­den eine Mes­sung, die als Rot­ver­schie­bung bekannt ist, um die Ent­fer­nung zu extrem weit ent­fern­ten Objek­ten zu bestim­men. Frü­he­re Mes­sun­gen deu­te­ten dar­auf hin, dass die Gala­xie JADES-GS-z-14–0 eine Rot­ver­schie­bung zwi­schen etwa 14,12 und 14,4 auf­wies. Mit ihren Sau­er­stoff­nach­wei­sen haben bei­de Teams die­se nun auf eine Rot­ver­schie­bung um 14,18 eingegrenzt.

[2] Das James-Webb-Welt­raum­te­le­skop ist ein Gemein­schafts­pro­jekt der NASA, der Euro­päi­schen Welt­raum­or­ga­ni­sa­ti­on (ESA) und der Kana­di­schen Welt­raum­agen­tur (CSA).

Hintergrundinformationen

Die­se Stu­die wur­de in zwei Arti­keln vor­ge­stellt, die in Astro­no­my & Astro­phy­sics und The Astro­phy­si­cal Jour­nal erschei­nen werden.

Die Über­set­zun­gen von eng­lisch­spra­chi­gen ESO-Pres­se­mit­tei­lun­gen sind ein Ser­vice des ESO Sci­ence Out­reach Net­work (ESON), eines inter­na­tio­na­len Netz­werks für astro­no­mi­sche Öffent­lich­keits­ar­beit, in dem Wis­sen­schaft­ler und Wis­sen­schafts­kom­mu­ni­ka­to­ren aus allen ESO-Mit­glieds­län­dern (und eini­gen wei­te­ren Staa­ten) ver­tre­ten sind. Deut­scher Kno­ten des Netz­werks ist das Haus der Astro­no­mie in Hei­del­berg.

MN

Links

• For­schungs­ar­ti­kel (Car­nia­ni et al.)
• For­schungs­ar­ti­kel (Schouws et al.)
• Fotos von ALMA 
• Neue ESO-Ana­ly­se bestä­tigt schwe­re Beein­träch­ti­gun­gen durch geplan­ten Indus­trie­kom­plex in der Nähe des Paranal

Link zur Pres­se­mit­tei­lung der ESO