Astronomen haben die Rotation einer Galaxie entdeckt, die nur 550 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückreicht, als das Universum 4 % seines heutigen Alters hatte. Die Rotation deutet darauf hin, dass diese Babygalaxie kein amorpher Fleck war, sondern eher eine organisierte Scheibe, genau wie die Milchstraße und ähnliche Galaxien, die mehr als 13 Milliarden Jahre Zeit hatten, um zu reifen. Es ist ein weiterer Beweis dafür, dass Galaxien schneller wachsen und sich entwickeln, als Theoretiker erwartet hatten.
Sterne, die so früh zu einer Scheibe verschmelzen, widersprechen den bestehenden Theorien nicht, aber sie strecken sie, sagt Sarah Bosman vom Max-Planck-Institut für Astronomie, die nicht an der Forschung beteiligt war. „So früh ist es gerade noch möglich.“
Die Sterne in dieser zukunftsweisenden Galaxie waren ebenfalls ausgereift, was darauf hindeutet, dass sie 300 Millionen Jahre früher entstanden sind, als das Universum gerade einmal 250 Millionen Jahre alt war. Das sind gute Nachrichten für das kommende James-Webb-Weltraumteleskop, das letztes Jahr gestartet wurde und voraussichtlich nächsten Monat den wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen wird. Wenn diese ersten Galaxien früh viele Sterne in einem Ausbruch hervorgebracht haben, werden sie wahrscheinlich „hell genug sein, damit Webb sie sehen kann“, sagt Richard Ellis, Astronom am University College London und Mitautor der neuen Studie. Astronomen hoffen, dass das 10-Milliarden-Dollar-Instrument eine Fülle früher Galaxien enthüllen wird und nicht nur die größten, hellsten Ausreißer, damit sie verstehen können, wie sich diese frühen Ansammlungen gebildet und entwickelt haben.
Die Galaxie mit dem Namen MACS1149-JD1 oder kurz JD1 ist nicht die am weitesten entfernte bekannte, aber jetzt die am weitesten entfernte Galaxie, über deren Dynamik irgendetwas bekannt ist. Das Team, darunter Ellis, entdeckte JD1 im Jahr 2018 als undeutlichen Fleck in Bildern des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einer Ansammlung von 66 Radioteleskopen hoch oben in den chilenischen Anden, und auch des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile. Anhand seiner Farbe wussten Ellis und seine Kollegen, dass zumindest einige seiner Sterne ausgereift waren, da sie mit zunehmendem Alter zu Rötungen neigen. Aber das Team wusste nicht, wie diese Stars organisiert waren.
Sie entschieden sich, ALMA etwas länger und genauer unter die Lupe zu nehmen. Solche Teleskop-Arrays können „hineinzoomen“, indem sie die Schüsseln weiter auseinander spreizen und ihre Signale durch einen Prozess kombinieren, der als Interferometrie bekannt ist. Das Team beobachtete JD1, als die Schüsseln über eine Fläche von 2,5 Kilometern verteilt waren, was die Sehschärfe einer einzelnen Schüssel dieser Größe ergab.
Wenn Astronomen derart weit entfernte Objekte betrachten, verschiebt sich ihr Licht zum roten Ende des Spektrums, weil Photonen während ihres Fluges durch die Ausdehnung des Universums gestreckt werden. Der Grad dieser „Rotverschiebung“ sagt Astronomen, wie weit das Objekt entfernt ist. Mit dem neuen hochauflösenden Bild von JD1 konnten die Forscher auch winzige Unterschiede in der Rotverschiebung auf der Vorderseite der Galaxie erkennen, die Art von Variationen, die man von einem rotierenden Objekt erwarten würde, bei dem sich ein Teil auf den Beobachter zu und der andere weg bewegt . Wie das Team heute in berichtet Astrophysikalische Zeitschriftenbriefeda war ein Geschwindigkeitsunterschied von 120 Kilometern pro Sekunde zwischen einer Seite der Galaxie und der anderen. „Wir waren sehr aufgeregt, als wir die Geschwindigkeitskarte sahen“, sagt Ellis.
Die Forscher setzten die Geschwindigkeitsverteilung in ein Galaxienmodell ein und es passte gut zu einer Scheibengalaxie mit einer Masse zwischen 1 Milliarde und 2 Milliarden Sonnen. Dies ist winzig im Vergleich zur Milchstraße, die 1 Billion Sonnenmassen enthält, und JD1 dreht sich folglich langsamer als unsere Galaxie, mit etwa einem Viertel der Geschwindigkeit unserer Galaxie. Eine rotierende Galaxie so früh in der Geschichte des Universums zu finden, sei „überraschend“, sagt Bosman, aber die Daten stimmen „vollständig mit einer Scheibe überein“.
Astronomen müssen nicht lange warten, um herauszufinden, ob JD1 einzigartig ist oder ob Scheibengalaxien in der Jugend des Universums üblich waren. Bereits in wenigen Wochen soll das Webb-Teleskop in der ersten halben Milliarde Jahre des Universums viele weitere Galaxien finden. „Wir werden von einstelligen Zahlen zu Hunderten gehen“, sagt Bosman. „Zumindest hoffe ich das!“