NASA
Daten des Webb-Weltraumteleskops sind erst in den letzten Wochen in die Hände von Astronomen gelangt, aber sie haben jahrelang darauf gewartet und anscheinend Analysen in Angriff genommen. Das Ergebnis war so etwas wie ein Rennen in der Zeit, als neue Entdeckungen Objekte finden, die sich immer näher am Urknall gebildet haben, der unser Universum hervorgebracht hat. Letzte Woche ergab eine dieser Suchen eine Galaxie, die weniger als 400 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte. Diese Woche hat eine neue Analyse eine Galaxie herausgesucht, wie sie nur 233 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums aussah.
Die Entdeckung ist ein glückliches Nebenprodukt der Arbeit, die darauf abzielte, eine allgemeinere Frage zu beantworten: Wie viele Galaxien sollten wir zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Urknall erwarten?
Zurück in der Zeit
Wie wir letzte Woche erwähnt haben, war das frühe Universum für Licht bei allen Wellenlängen undurchlässig, die mehr Energie transportieren, als zur Ionisierung von Wasserstoff benötigt wird. Diese Energie liegt im UV-Bereich des Spektrums, aber die Rotverschiebung, die durch 13 Milliarden Jahre expandierendes Universum verursacht wurde, hat diesen Grenzpunkt in den Infrarotbereich des Spektrums verschoben. Um Galaxien aus dieser Zeit zu finden, müssen wir nach Objekten suchen, die bei kürzeren Infrarotwellenlängen nicht sichtbar sind (was bedeutet, dass Licht einmal über der Wasserstoffgrenze lag), aber bei Wellenlängen mit niedrigerer Energie erscheinen.
Je tiefer die Grenze zwischen unsichtbar und sichtbar im Infraroten liegt, desto stärker ist die Rotverschiebung und desto weiter entfernt ist das Objekt. Je weiter das Objekt entfernt ist, desto näher ist es zeitlich am Urknall.
Untersuchungen dieser Galaxien können uns etwas über ihre individuellen Eigenschaften sagen. Aber die Identifizierung einer großen Sammlung früher Galaxien kann uns helfen, festzustellen, wie schnell sie entstanden sind, und alle Veränderungen in der Galaxiendynamik zu identifizieren, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit des Universums aufgetreten sind. Diese Änderung der Häufigkeit sichtbarer Objekte im Laufe der Zeit wird als „Leuchtkraftfunktion“ bezeichnet, und es wurde einige Arbeit geleistet, um die Leuchtkraftfunktion früher Galaxien zu charakterisieren. Aber die infraroten Wellenlängen der frühesten Galaxien werden von der Erdatmosphäre absorbiert und müssen daher aus dem Weltraum abgebildet werden. Und das war eines der Designziele des Webb-Teleskops.
Die neue Arbeit konzentrierte sich auf die Untersuchung der Leuchtkraftfunktion von Galaxien, die kurz (astronomisch gesehen) nach dem Urknall entstanden sind. Aber bei der Erstellung eines Katalogs früher Galaxien entdecken die Forscher, was die älteste Galaxie zu sein scheint, die jemals abgebildet wurde.
Definieren der Funktion
Die Forscher nutzten zwei Datenquellen, um das Aussehen der Galaxien zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu rekonstruieren. Eine wurde durch die Analyse der Arbeit mit einem bodengestützten Infrarotteleskop (dem VISTA-Teleskop der ESA) und dem Spitzer-Weltraumteleskop erstellt, die beide Galaxien abbildeten, die relativ älter waren, als sie das Licht erzeugten, das jetzt die Erde erreicht – ungefähr 600 Millionen Jahre oder mehr nach dem Urknall. Die anderen betrafen Daten, die vom Webb generiert wurden, einschließlich der Datensätze, die in dem Papier analysiert wurden, über das wir berichteten, und eines Bereichs, der in der ersten öffentlichen Fotoveröffentlichung abgebildet wurde. In allen Fällen suchten die Forscher nach demselben: Objekte, die bei längeren Infrarotwellenlängen vorhanden waren, aber bei kürzeren nicht.
Insgesamt identifizierte das Team 55 entfernte Galaxien, von denen 44 noch nie zuvor bemerkt worden waren. 39 davon stammen aus den Webb-Daten, und diese Zahl umfasst die beiden alten Galaxien, die letzte Woche identifiziert wurden. Die Zahlen sind bei höheren Rotverschiebungen nicht besonders genau, da sie auf nur einer oder zwei Galaxien basieren. Aber insgesamt deutet der Trend auf einen allmählichen Rückgang der sichtbaren Objekte bis auf wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall hin, ohne scharfe Änderungen oder Unterbrechungen.
Aber das Auffällige ist, dass es Daten für eine Galaxie mit extrem großer Rotverschiebung gibt (z = 16,7, für diejenigen, die diese Dinge verstehen). Das liegt weniger als 250 Millionen Jahre nach dem Urknall. Dieser Abstand beruht teilweise auf der Tatsache, dass der erste Wellenlängenfilter, in dem das Objekt erscheint, es dort sehr schwach anzeigt, was darauf hindeutet, dass es bei den Wellenlängen, die das Filter durchlässt, schwach ist. Dies deutet darauf hin, dass die durch Wasserstoff erzeugte Lichtunterbrechung nahe dem Rand des Filterbereichs liegt.
Wie die letzte Woche beschriebenen fernen Galaxien scheint auch sie das Äquivalent von einer Milliarde Sonnen an Materie in Form von Sternen zu haben. Die Forscher schätzen, dass es bereits 120 Millionen Jahre nach dem Urknall mit der Sternentstehung begonnen haben könnte, und dies sicherlich vor 220 Millionen Jahren.
Die Forscher sind ziemlich zuversichtlich, dass es sich bei dieser neuen Galaxie um einen echten Fund handelt: „Nach intensiver Suche können wir derzeit keine plausible Erklärung für dieses Objekt finden, außer einer Galaxie mit einem neuen Rotverschiebungsrekord.“ Und durch das Hinzufügen einer zweiten unabhängigen Bestätigung der früheren Galaxienfunde erhöht es das Vertrauen, das wir in diese Entdeckungen haben, erheblich. All dies deutet darauf hin, dass das neue Teleskop wie versprochen liefert, zumindest in Bezug auf frühe Galaxien.
Die große Frage ist nun, was auftauchen wird, wenn es auf Bereiche mit starker Linsenwirkung gerichtet ist, die Objekte möglicherweise so weit vergrößern können, dass wir Strukturen in diesen frühen Galaxien abbilden können. Es ist möglich, dass wir das bereits getan haben, aber wir müssen warten, bis die Beschreibungen auf dem arXiv erscheinen.
Das arXiv. Abstract-Nummer: 2207.12356 (Über das arXiv).