Berichte, wonach das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA das Universum zerstört habe, könnten übertrieben gewesen sein.
In seinen ersten Bildern hat JWST scheinbar gigantische Galaxien im frühen Universum eingefangen – Galaxien, die viel zu groß sind, als dass sie durch aktuelle kosmologische Theorien erklärt werden könnten (SN: 22.02.23). Aber eine neue Analyse alter Daten des Hubble-Weltraumteleskops legt nahe, dass es für diese angeblichen Giganten wahrscheinlich prosaischere Erklärungen gibt, die zu unserem Standardverständnis des Universums passen, berichten der Kosmologe Julian Muñoz und seine Kollegen am 9. Februar Briefe zur körperlichen Untersuchung.
„James Webb gibt uns ein neues Wörterbuch, um die Sprache des frühen Universums zu übersetzen“, sagt Muñoz von der University of Texas in Austin. „Bevor wir sagen: ‚Hey, wir müssen alles wegwerfen, was wir in der Kosmologie wussten‘, sollten wir diese Sprache verstehen.“
Die Probleme begannen fast, als JWST zum ersten Mal seinen Blick auf das ferne Universum richtete (SN: 11.07.22). Einige seiner ersten Bilder enthielten nicht nur eine enorme Anzahl von Galaxien – weit mehr als von Astronomen erwartet –, sondern eine gute Handvoll dieser Galaxien schien auch ungeheuer massereich zu sein, bis zu 100-mal schwerer, als die Theorien vorhergesagt hatten. Diese wurden „Universumsbrecher“ genannt, weil sie im Widerspruch zu den Annahmen der Wissenschaftler über die kosmische Evolution standen (SN: 20.08.23).
Das Problem hat mit dunkler Materie zu tun. Nach dem Standardmodell der Kosmologie kollabierte dunkle Materie innerhalb der ersten paar hundert Millionen Jahre des Universums zu gigantischen Klumpen, die als Halos bekannt sind. Gewöhnliche Materie wurde dann durch die Schwerkraft von diesen Halos angezogen und bildete schließlich Sterne und Galaxien. Das Standardmodell sagt auch die Existenz von weitaus weniger Halos aus dunkler Materie voraus, als die JWST-Zählung großer Galaxien erklären könnte.
Aber, sagt Muñoz, vielleicht müssen Forscher bei der Interpretation dessen, was sie gesehen haben, einfach vorsichtiger sein.
Er und seine Kollegen nutzten vorhandene Daten von Hubble, um die Ergebnisse von JWST einer Bauchprüfung zu unterziehen. Obwohl das ältere Teleskop nicht ganz so weit in die Vergangenheit blicken kann wie sein Nachfolger, gibt es eine Ära zwischen etwa 450 und 750 Millionen Jahren nach dem Urknall, in der beide Instrumente Licht von Galaxien einfangen können, wenn auch in unterschiedlichen Wellenlängen. JWST sieht sie im Infrarotbereich, während Hubble ihr ultraviolettes Licht auffangen kann.
„Wenn es zehnmal mehr Strukturen dunkler Materie gäbe [than expected], gäbe es in James Webb zehnmal mehr Galaxien, aber auch in Hubble gäbe es zehnmal mehr Galaxien“, sagt Muñoz. Das ist nicht das, was die Hubble-Daten zeigen.
Die Forscher ermittelten, wie viele das alte Teleskop in einem breiten Helligkeitsbereich sah. Dann berechneten sie, wie unterschiedliche Populationen von Halos aus dunkler Materie diese Zählung verändert hätten, was beispielsweise zu einem Überschuss an hellen Galaxien in den Hubble-Daten geführt hätte. Das Team stellte fest, dass jede Änderung in der Anzahl der Halos, die groß genug ist, um mit den Beobachtungen von JWST übereinzustimmen, in scharfem Kontrast zu den Hubble-Daten steht.
Während JWST das leistungsstärkere Teleskop ist – und daher in einer bestimmten Epoche einfach mehr Galaxien als Hubble sehen kann – starrt Hubble schon viel länger auf das Universum, bemerkt Muñoz. Das bedeute, sagt er, dass Hubbles Beobachtungen im Moment eine repräsentativere Stichprobe dessen seien, was da draußen sei. Aus diesem Grund schlagen er und seine Kollegen vor, dass Forscher sich konventionelleren Erklärungen für die seltsamen Galaxien des JWST zuwenden sollten.
Möglicherweise waren die Umweltbedingungen im frühen Universum anders als in späteren Epochen, sodass sich Gas und Staub viel effizienter als erwartet in Sterne verwandeln konnten. Solch hohe Sternentstehungsraten könnten die ungewöhnlich hellen Objekte erzeugen, die JWST sieht.
Die Sternentstehung könnte auch episodischer verlaufen sein, da in regelmäßigen Abständen eine große Anzahl von Supernovae ausbrach. In diesem Fall könnte JWST einfach einige Galaxien in diesen Momenten intensiver Helligkeit einfangen und sie so gewichtiger erscheinen lassen, als sie tatsächlich sind.
Schließlich ist es möglich, dass ein Teil des Lichts, das JWST in diesen frühen Galaxien sieht, aus den unglaublich hellen Regionen um supermassereiche Schwarze Löcher und nicht aus Sternen stammt, was bedeutet, dass die Urgalaxien nicht ganz so massereich sind wie angenommen.
Externe Forscher sind von diesen Erkenntnissen beeindruckt. „Es ist sehr clever, den Überlappungsbereich zu betrachten [between Hubble and JWST]„, sagt Priyamvada Natarajan, theoretischer Astrophysiker an der Yale University.
Andere weisen jedoch darauf hin, dass der Kosmos noch nicht ganz sicher ist. JWST führt derzeit Beobachtungen der ursprünglichen Handvoll „Universumsbrecher“ durch, um herauszufinden, ob sie tatsächlich in einer Zeit existierten, in der sie zu groß waren, um sie zu erklären. „Wenn auch nur eines – insbesondere eines der wirklich massiven – vorhanden ist, ist das ein Problem“, sagt Erica Nelson, eine Astrophysikerin an der University of Colorado Boulder, die zu dem Team gehörte, das die anomalen Objekte zuerst identifizierte.
Wenn Astronomen mit den Ansichten des JWST über das frühe Universum vertrauter werden, werden sie wahrscheinlich lernen, besser zu verstehen, was sie sehen, sagt Muñoz. „Wir machen diese Übersetzung in einem Land, in dem wir die Sprache nicht sprechen“, sagt er. „Aber man weiß nie, ob die Sprachkenntnisse gut genug sind.“
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