Astronomen haben eine Galaxie entdeckt, die so groß und so alt ist, dass sie nicht existieren sollte – zumindest nach unserem derzeitigen Verständnis der Entstehung früher Galaxien.
Die Galaxie mit dem Namen ZF-UDS-7329 enthält mehr Sterne als die Milchstraße und scheint sich vor etwa 13 Milliarden Jahren gebildet zu haben.
Es wurde mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA entdeckt, einem Instrument, das zur Beobachtung dieser Art von antiken Galaxien und einem Blick zurück in die Frühzeit des Universums entwickelt wurde.
Das Bemerkenswerte daran ist, dass sich eine so große Galaxie nicht so früh im Universum hätte bilden können, weil noch keine Dunkle Materie existierte, was bedeutet, dass eine Galaxie dieser Größe 800 Millionen Jahre nach dem Urknall nicht hätte entstehen dürfen.
Astronomen konnten die Galaxie ZF-UDS-7329 vor dem Start des James-Webb-Weltraumteleskops nicht klar sehen. Jetzt können sie sehen, dass es vor etwa 13 Milliarden Jahren entstanden ist.
Dr. Themiya Nanayakkara, der die Spektralanalyse der JWST-Daten leitete, sagte: „Wir gehen jetzt über das Mögliche hinaus, um die ältesten massiven ruhenden Monster zu bestätigen, die tief im Universum existieren.“
„Dies verschiebt die Grenzen unseres aktuellen Verständnisses darüber, wie Galaxien entstehen und sich entwickeln.“
„Die entscheidende Frage ist nun, wie sie sich so schnell sehr früh im Universum bilden und welche mysteriösen Mechanismen dazu führen, dass sie abrupt daran gehindert werden, Sterne zu bilden, während der Rest des Universums dies tut.“
Unser Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt, was bedeutet, dass ZF-UDS-7329 entstand, als das Universum noch in den Kinderschuhen steckte, also gerade einmal etwa 800 Millionen Jahre alt war.
Astronomen sind seit langem davon überzeugt, dass dunkle Materie für die Größe einer Galaxie unerlässlich ist.
Sie sagen, dass Halos dieser mysteriösen Substanz den Keim bildeten, der das Zentrum einer Galaxie stützt und es ihr ermöglicht, Sterne anzusammeln.
Es gibt nur ein Problem mit ZF-UDS-7329: Aus heutiger Sicht der Astronomen gab es damals keine Dunkle Materie, zumindest nicht in ausreichender Menge, um eine so massereiche Galaxie zu unterstützen.
Dennoch existiert diese Galaxie.
Es weist auf „erhebliche Lücken in unserem Verständnis“ darüber hin, wie frühe Sterne und Galaxien entstanden sind, schrieben die Wissenschaftler, die hinter der Entdeckung standen.
Der Artikel, der die Galaxie beschreibt, wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.
Aufgrund der langen Reise des Lichts durch die Weiten des Weltraums sind sie verschoben, wenn sie die Erde erreichen.
Astronomen haben Techniken entwickelt, um festzustellen, wie groß diese Verschiebung ist, und konnten so feststellen, dass das von JWST aufgenommene Bild wahrscheinlich etwa 11,5 Milliarden Jahre alt ist.
Ihre Sterne hätten sich vermutlich etwa 1,5 Milliarden Jahre zuvor gebildet, schrieben die Forscher, was bedeutet, dass die Galaxie etwa 13 Milliarden Jahre alt sei.
Wissenschaftler haben sieben Jahre lang versucht, ein klares Bild dieser Galaxie zu erhalten, aber sie war so weit entfernt und so schwach, dass selbst die größten Teleskope der Erde kein klar genuges Bild von ihr machen konnten, um ihr Alter zu bestimmen.
Mit dem JWST konnten sie es endlich.
Eine Nahaufnahme von ZF-UDS-7329 zeigt seine gewaltige Größe. Der Maßstabsbalken zeigt 2 Kiloparsec oder 6.530 Lichtjahre an.
„Die Bildung von Galaxien wird zu einem großen Teil davon bestimmt, wie sich dunkle Materie konzentriert“, sagte die Co-Autorin der Studie, Claudia Lagos, außerordentliche Professorin für Astronomie an der University of Western Australia, in einer Erklärung.
Die Art und Weise, wie Galaxien entstehen, ist ein grundlegendes Forschungsgebiet der Astronomie.
Und obwohl es schwierig ist, mit absoluter Sicherheit zu sagen, wie das frühe Universum aussah, haben moderne Astrophysiker zahlreiche Modelle erstellt, die aktuelle Daten verwenden, um Vorhersagen darüber zu treffen.
Eine dieser Vorhersagen, auf die sich die Astronomen weitgehend einig sind, besagt, dass es mit zunehmender Zeitrückreise immer weniger supermassereiche Galaxien gab.
Wenn diese neuen Beobachtungen von ZF-UDS-7329 zutreffend sind, stellen sie diese Modelle in Frage.
„Das Vorhandensein dieser extrem massereichen Galaxien so früh im Universum stellt unser Standardmodell der Kosmologie vor erhebliche Herausforderungen“, sagte Lagos. „Das liegt daran, dass wir nicht glauben, dass solch massive Strukturen aus dunkler Materie, die diese riesigen Galaxien beherbergen, noch Zeit gehabt haben, sich zu bilden.“
„Weitere Beobachtungen sind erforderlich, um zu verstehen, wie häufig diese Galaxien vorkommen und um zu verstehen, wie massiv diese Galaxien tatsächlich sind.“
Die nächsten Schritte des Teams werden darin bestehen, weitere Galaxien wie diese zu finden, den Fund zu bestätigen und Antworten darauf zu finden, wie er entstanden sein könnte.