Unser Verständnis über die Entstehung von Galaxien und die Natur der Dunklen Materie könnte völlig auf den Kopf gestellt werden, nachdem neue Beobachtungen einer größeren Sternpopulation stattgefunden haben Milchstraße von vor mehr als 11 Milliarden Jahren, die es nicht geben sollte.
Ein Artikel veröffentlicht in Natur Einzelheiten zu den Erkenntnissen anhand neuer Daten des James Webb Space Telescope (JWST). Die Ergebnisse zeigen, dass eine massereiche Galaxie im frühen Universum – die vor 11,5 Milliarden Jahren beobachtet wurde (eine kosmische Rotverschiebung von 3,2) – eine extrem alte Population von Sternen aufweist, die viel früher entstanden sind – 1,5 Milliarden Jahre früher (eine Rotverschiebung von etwa 11). Die Beobachtung stellt aktuelle Modellierungen auf den Kopf, da sich nicht genügend dunkle Materie in ausreichender Konzentration angesammelt hat, um ihre Entstehung zu ermöglichen.
Der angesehene Professor Karl Glazebrook von der Swinburne University of Technology leitete die Studie und das internationale Team, das das JWST für spektroskopische Beobachtungen dieser massiven ruhenden Galaxie nutzte.
„Wir sind dieser besonderen Galaxie sieben Jahre lang nachgejagt und haben Stunden damit verbracht, sie mit den beiden größten Teleskopen der Erde zu beobachten, um herauszufinden, wie alt sie war. Aber es war zu rot und zu schwach, und wir konnten es nicht messen. Am Ende mussten wir die Erde verlassen und das JWST verwenden, um seine Natur zu bestätigen.“
Das James Webb-Weltraumteleskop der NASA ist der Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops, dem leistungsstärksten Infrarot-Wissenschaftsobservatorium, das jemals ins All geschickt wurde. Von seiner Umlaufbahn aus, die fast eine Million Meilen von der Erde entfernt ist, untersucht Webb einige der am weitesten entfernten Objekte im Universum. Bildnachweis: NASA
Die Entstehung von Galaxien ist ein grundlegendes Paradigma der modernen Astrophysik und sagt einen starken Rückgang der Zahl massereicher Galaxien in frühen kosmischen Zeiten voraus. Extrem massereiche ruhende Galaxien wurden inzwischen bereits ein bis zwei Milliarden Jahre nach dem beobachtet Urknall was frühere theoretische Modelle in Frage stellt.
Der angesehene Professor Glazebrook arbeitete mit führenden Forschern auf der ganzen Welt zusammen, darunter Dr. Themiya Nanayakkara, Dr. Lalitwadee Kawinwanichakij, Dr .
„Dies war im Wesentlichen eine Teamleistung, angefangen bei den Infrarot-Himmelsdurchmusterungen, die wir 2010 begonnen haben und die dazu führten, dass wir diese Galaxie als ungewöhnlich identifizierten, bis hin zu unseren vielen Stunden auf dem Keck und.“ Sehr großes Teleskop wo wir es versucht haben, es aber nicht bestätigen konnten, bis wir schließlich im letzten Jahr enorme Anstrengungen unternommen haben, um herauszufinden, wie wir die JWST-Daten verarbeiten und dieses Spektrum analysieren können.“
Dr. Themiya Nanayakkara, der die Spektralanalyse der JWST-Daten leitete, sagt: „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.“
Außerordentliche Professorin Claudia Lagos vom Knotenpunkt der University of Western Australia des International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) war entscheidend für die Entwicklung der theoretischen Modellierung der Entwicklung der Konzentrationen dunkler Materie für die Studie.
„Die Bildung von Galaxien wird zu einem großen Teil davon bestimmt, wie sich dunkle Materie konzentriert“, sagt sie. „Das Vorhandensein dieser extrem massereichen Galaxien so früh im Universum stellt unser Standardmodell der Kosmologie vor große Herausforderungen. Dies liegt daran, dass wir nicht glauben, dass so massive Strukturen aus dunkler Materie, die diese massiven Galaxien beherbergen, noch keine 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 wirklich sind.“
Der angesehene Professor Glazebrook hofft, dass dies eine neue Möglichkeit für unser Verständnis der Physik der Dunklen Materie sein könnte.
„JWST hat zunehmend Hinweise darauf gefunden, dass sich massereiche Galaxien schon früh gebildet haben. Dieses Ergebnis stellt einen neuen Rekord für dieses Phänomen auf. Obwohl es sehr auffällig ist, handelt es sich nur um ein Objekt. Aber wir hoffen, noch mehr zu finden, und wenn uns das gelingt, wird das unsere Vorstellungen von der Entstehung von Galaxien wirklich durcheinander bringen.“
Referenz: „Eine massive Galaxie, die ihre Sterne bei z ~ 11 bildete“ von Karl Glazebrook, Themiya Nanayakkara, Corentin Schreiber, Claudia Lagos, Lalitwadee Kawinwanichakij, Colin Jacobs, Harry Chittenden, Gabriel Brammer, Glenn G. Kacprzak, Ivo Labbe, Danilo Marchesini , Z. Cemile Marsan, Pascal A. Oesch, Casey Papovich, Rhea-Silvia Remus, Kim-Vy H. Tran, James Esdaile und Angel Chandro-Gomez, 14. Februar 2024, Natur.
DOI: 10.1038/s41586-024-07191-9