Als Astronomen das James-Webb-Weltraumteleskop auf eine extrem entfernte und helle Galaxie richteten, erwarteten sie, eine versteckte Begleitgalaxie zu finden, um das seltsame Verhalten der hellen Galaxie zu erklären.
Stattdessen fanden sie zumindest drei neue Galaxien, die alle mit extrem hoher Geschwindigkeit in der Nähe der ursprünglichen Zielgalaxie kreisen – die Anfänge eines Galaxienhaufens, wie er vor 11,5 Milliarden Jahren existierte, etwas mehr als zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall.
„Zu diesem frühen Zeitpunkt sind nur wenige Galaxien-Protocluster bekannt. Es ist schwer, sie zu finden, und nur sehr wenige hatten seit dem Urknall Zeit, sich zu bilden“, sagte die Astronomin Dominika Wylezalek von der Universität Heidelberg in Deutschland, die die Studie mit Webb leitete, sagte in einer Erklärung. „Dies könnte uns letztendlich helfen zu verstehen, wie sich Galaxien in dichten Umgebungen entwickeln. Das ist ein spannendes Ergebnis.“
Das anfängliche Ziel der Studie war SDSS J165202.64+172852.3, eine Galaxie mit einem sehr aktiven und hellen Kern, der von einem supermassiven Schwarzen Loch in ihrem Herzen gespeist wird. Von solchen Galaxien, die als Quasare bekannt sind, wird angenommen, dass sie große Mengen an Materie ausstoßen, und diese Ausflüsse, so die Theorie der Wissenschaftler, könnten die Entstehung anderer Sterne und Galaxien beeinflussen.
Wissenschaftler hatten SDSS J165202.64+172852.3 mit dem Hubble-Weltraumteleskop beobachtet, aber der Quasar ist so weit entfernt, dass sein Licht in extrem rote Wellenlängen verschoben wurde – die Expansion des Universums während der Zeit, in der die Lichtwellen durch den Kosmos wanderten, streckte den Wellenlängen, bis sie am meisten infrarot sind. Während Hubble eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber dem Infrarotspektrum des Lichts hat, wurde das Webb-Teleskop speziell für die Empfindlichkeit gegenüber genau diesen Lichtwellenlängen gebaut. Diese Sensibilität, gepaart mit Webbs rekordbrechendem Spiegel mit einem Durchmesser von 21,6 Fuß, ermöglichte es Dr. Wylezalek und ihren Kollegen zu sehen, was Hubble nicht konnte.
Die Forscher verwendeten Webbs Nahinfrarotspektrometrie-Instrument, um die Bewegung der Galaxien rund um den Quasar sowie die Abflüsse von Material aus dem Quasar zu kartieren.
Sie fanden heraus, dass die Galaxien alle eng miteinander wechselwirken, was auf das Vorhandensein einer Menge schwerkrafterzeugender Masse hinweist, die unsichtbar bleibt. Es könnte sich als eine der massereichsten Regionen der Galaxienentstehung im frühen Universum herausstellen.
Die Kandidaten für solch einen verborgenen massiven Einfluss sind größtenteils auf riesige Mengen dunkler Materie beschränkt, die mysteriöse Form der Materie, die unsichtbar ist und nicht mit normaler Materie reagiert, mit Ausnahme ihres Gravitationseinflusses. Es wird angenommen, dass Halos aus dunkler Materie Galaxien und Galaxienhaufen umgeben und eine Rolle bei diesen Objekten spielen, die im frühen Universum aus primordialen Gaswolken kondensieren.
„Selbst ein dichter Knoten dunkler Materie reicht nicht aus, um es zu erklären“, sagte Dr. Wylezalek. „Wir glauben, dass wir eine Region sehen könnten, in der zwei massive Halos aus dunkler Materie miteinander verschmelzen.“
Ihr Team plant bereits Folgebeobachtungen, um den Quasar, den Protogalaxienhaufen und ihre Beziehung zur Dunklen Materie besser zu verstehen.