Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat die am weitesten entfernten Galaxien entdeckt, die jemals entdeckt wurden, von denen einige auf nur 300 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums im Urknall zurückgehen – eine Zeit, als der Kosmos nur zwei Prozent seines heutigen Alters hatte.
Die Urgalaxien wurden von einem internationalen Team von Wissenschaftlern gefunden, die für die Entwicklung von zwei der hochmodernen Instrumente des JWST verantwortlich waren. Das erste Instrument, bekannt als Near Infrared Camera (NIRCam), hatte die Aufgabe, einen winzigen Fleck des Nachthimmels im Sternbild Fornax zu beobachten.
Im Laufe von 10 Tagen beobachtete NIRCam das Licht, das von einer Population von fast 100.000 Galaxien über einen Bereich von neun Infrarotwellenlängen ausgestrahlt wurde. Aus diesem Datensatz isolierten die Astronomen 250 der schwächsten und rötesten Galaxien und zielten auf sie mit einem anderen Instrument des JWST – dem Near Infrared Spectrograph (NIRSpec).
NIRSpec wurde entwickelt, um das von Himmelskörpern emittierte Licht zu sammeln und es in seine einzelnen Farben zu zerlegen. Dieser Prozess erzeugt regenbogenähnliche Graphen, die Spektren genannt werden. Astronomen können die Spektren einer Galaxie analysieren, um alles zu entdecken, von ihrer elementaren Zusammensetzung über die Anzahl der darin existierenden Sterne bis hin zu ihrer Entfernung von der Erde.
Letzteres geschieht durch Messung eines Phänomens, das als Rotverschiebung bekannt ist. Es kann Milliarden von Jahren dauern, bis das Licht weit entfernter Galaxien unseren Planeten erreicht. Während dieser Zeit strecken sich die Wellenlängen dieses Lichts und werden länger und bewegen sich langsam in den „röteren“ Teil des Lichtspektrums.
Wenn Licht von seiner Quelle erdwärts wandert, wird es unweigerlich riesige Wolken aus interstellarem Staub und Gas passieren. Diese Wolken sind dafür bekannt, dass sie bestimmte Lichtwellenlängen gut absorbieren, während sie andere relativ ungehindert passieren lassen. Diese Interferenz erzeugt ein deutliches Muster in den Regenbogenspektren.
Eine Grafik, die die Standorte der Galaxien und ihre Rotverschiebung zeigt (Credit: WISSENSCHAFT: NASA, ESA, CSA, Rolf A. Jansen (ASU), Jake Summers (ASU), Rosalia O’Brien (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Aaron Robotham (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Christopher Willmer (University of Arizona), JWST PEARLS Team BILDBEARBEITUNG: Rolf A. Jansen (ASU), Alyssa Pagan (STScI))
Wissenschaftler konnten das Alter und die Entfernung der fernen Galaxien bestimmen, indem sie beobachteten, wie stark sich die Muster in den Spektren aufgrund der Rotverschiebung von ihren erwarteten Positionen verschoben hatten.
Mit dieser Technik entdeckten die Wissenschaftler vier phänomenal alte Galaxien, die in den JWST-Daten lauern und von denen angenommen wird, dass sie nur 300 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums im Urknall entstanden sind. Damit sind sie 100 Millionen Jahre jünger als die älteste vom Hubble-Weltraumteleskop entdeckte Galaxie.
Das bedeutet, dass das vom JWST erfasste Licht seine Quelle vor etwa 13,4 Milliarden Jahren verließ, zu einer Zeit, als das Universum nur 2 % seines heutigen Alters hatte. Das rekordbrechende Alter der Galaxien wird sie für Wissenschaftler, die versuchen, die evolutionären Geheimnisse des frühen Kosmos zu lüften, von unschätzbarem Wert machen.
„Es ist schwer, Galaxien zu verstehen, ohne die Anfangsperioden ihrer Entwicklung zu verstehen“, erklärte der Astronom Sandro Tacchella von der University of Cambridge, der eine Studie mitverfasst hat, die die Ergebnisse beschreibt (via the Universität von Arizona). “Ähnlich wie beim Menschen hängt so viel von dem, was später passiert, von den Auswirkungen dieser frühen Generationen von Sternen ab.”
„So viele Fragen zu Galaxien haben auf die transformative Gelegenheit von Webb gewartet, und wir sind begeistert, eine Rolle bei der Enthüllung dieser Geschichte spielen zu können.“
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Bildnachweis: Northrop Grumman.
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