Wie JWSTs Blicke in die Vergangenheit die Kosmologie umgestalten

BALTIMORE — Das James-Webb-Weltraumteleskop hält, was es als Wayback-Maschine verspricht. Das spektakulär empfindliche Observatorium findet und bestätigt Galaxien, die weiter entfernt sind und daher früher in der Geschichte des Universums existierten als alle zuvor gesehenen.

Das Teleskop, auch bekannt als JWST, hat extreme Entfernungen zu vier Galaxien bestätigt, von denen eine einen Rekord für kosmische Entfernung aufstellt, indem sie vor etwa 13,475 Milliarden Jahren leuchtete, berichteten Astronomen am 12 Erste wissenschaftliche Ergebnisse von JWST Konferenz. Dutzende anderer Galaxien wurden möglicherweise entdeckt, da sie nur 550 Millionen Jahre oder weniger nach dem Urknall waren, was bedeutet, dass das Licht dieser Galaxien mindestens 13,1 Milliarden Jahre zurückgelegt hat, bevor es das Teleskop erreichte.

Zusammengenommen deuten die neuen Beobachtungen darauf hin, dass Galaxien früher und schneller entstanden sind als bisher angenommen. „Wir treten in eine neue Ära ein“, sagt die Astronomin Swara Ravindranath vom Space Telescope Science Institute in Baltimore.

Diese neue Ära ist teilweise zu verdanken JWSTs Fähigkeit, sehr schwaches Infrarotlicht zu sehen (SN: 10/6/21). Bei den am weitesten entfernten Objekten, wie den ersten Sternen und Galaxien, wird ihr sichtbares Licht durch die unerbittliche Expansion des Universums in längere Infrarotwellenlängen gestreckt, die für das menschliche Auge und einige frühere Weltraumteleskope unsichtbar sind. Aber jetzt sind Messungen, die vor kurzem unmöglich waren, mit JWST plötzlich einfach, sagen Forscher.

„JWST ist das leistungsstärkste Infrarotteleskop, das jemals gebaut wurde“, sagte die Astrophysikerin Jane Rigby auf der Konferenz. Rigby vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md., ist der JWST-Betriebsprojektwissenschaftler. „Die naturwissenschaftlichen Leistungen sind fast durchweg besser als erwartet.“

Schon auf dem allerersten Bild, das im Juli veröffentlicht wurde, haben Astronomen es entdeckt Galaxien, deren Licht vor 13 Milliarden Jahren entstand oder mehr (SN: 11.07.22). Aber diese Entfernungen waren Schätzungen. Um die Entfernungen genau zu messen, benötigen Astronomen Spektren, Messungen darüber, wie viel Licht die Galaxien über viele Wellenlängen aussenden. Diese Messungen sind langsamer und schwieriger durchzuführen als Bilder.

„Dank dieses großartigen Teleskops erhalten wir jetzt Spektren … von Hunderten von Galaxien auf einmal“, sagte die Astronomin Emma Curtis-Lake von der Universität Hertfordshire in England.

Darunter sind vier der frühesten Galaxien, die je gesehen wurden, von denen einige weniger als 400 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten, berichteten Curtis-Lake und Kollegen auf dem Treffen und in einem Papier, das am 8. Dezember bei arXiv.org eingereicht wurde. Das Team entdeckte diese Rekordhalter in einem Fleckchen Himmel Das Hubble-Weltraumteleskop suchte einst nach ultraentfernten Galaxien (SN: 1/3/10).

das ehemaliger Streckenrekordhalter existierte vor 13,3 bis 13,4 Milliarden Jahren oder etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall (SN: 28.01.20). JWST bestätigte die Entfernung zu dieser Galaxie und kam mit drei weiteren zurück, deren Licht bereits 325 Millionen Jahre nach dem Urknall stammt.

Die Galaxien sind auch chemisch gesehen überraschend makellos, es fehlen Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind.

„Das sehen wir im heutigen Universum nicht“, sagt Ravindranath, der an der neuen Entdeckung nicht beteiligt war. Es könnte bedeuten, dass nicht viele der Sterne der Galaxien in Supernova-Explosionen gestorben sind, die schwere Elemente im Universum verteilten, was darauf hindeutet, dass die ursprünglichen Sterne der Galaxien nicht extrem massereich waren.

In einem anderen Teil des Himmels hat JWST gesichtet 26 Galaxien das etwa 550 Millionen Jahre oder früher nach dem Urknall existiert haben könnte, berichteten der Astronom Steven Finkelstein und seine Kollegen bei dem Treffen und in einem Papier, das am 10. November an arXiv.org übermittelt wurde.

„Auf emotionaler, viszeraler Ebene ist es erstaunlich, diese Bilder zu betrachten“, sagte Finkelstein von der University of Texas in Austin.

Der erste von ihnen, der entdeckt wurde, genannt Maisies Galaxie nach Finkelsteins Tochter, scheint nur 380 Millionen Jahre nach dem Urknall zu liegen, berichteten die Forscher am 1. Dezember Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe. Die am weitesten entfernte Galaxie in der Untersuchung des Teams könnte bis zu 130 Millionen Jahre älter sein als Maisie. Die Entfernungen dieser Galaxien müssen noch mit Spektren bestätigt werden, aber das Team erwartet, diese Daten in den nächsten Wochen zu erhalten.

Und entfernte Galaxien, die hinter einem massiven Galaxienhaufen namens Abell 2744 liegen, seien ebenfalls zahlreicher und weiter entfernt als erwartet, sagte der Astrophysiker Guido Roberts-Borsani von der UCLA bei dem Treffen.

Bevor JWST den Haufen beobachtete, sagten Astronomen voraus, dass er effektiv null Galaxien von vor 13,2 Milliarden Jahren finden sollte. „Aber wir haben zwei gefunden“, sagte Roberts-Borsani, der bei dem Treffen über die Ergebnisse berichtete. „Also ist etwas ein bisschen seltsam.“ Es könnte bedeuten, dass sich Galaxien früher und schneller bilden als gedacht, sagte er, obwohl es auch bedeuten könnte, dass JWST nur einen besonders galaxienreichen Fleck am Himmel betrachtete.

All diese neuen Galaxien sind aufregend, weil sie dafür verantwortlich sein könnten macht das Universum transparent für sichtbares Lichtein Prozess, den Astronomen Reionisierung nennen (SN: 2.12.22). Bevor sich die ersten Sterne entzündeten, war das Universum mit einer heißen, dichten Teilchensuppe gefüllt. Die ersten Sterne und Galaxien tauchten das Universum in ultraviolettes Licht, spalteten Elektronen von Wasserstoffatomen ab und ließen Licht durch, bis es JWST erreichte.

Die neuen Daten, sagte Roberts-Borsani, „geben uns Einschränkungen, wann dieser Prozess begann, endete und welche Galaxien die Schuldigen für diesen Prozess waren.“