Das Weltraumteleskop Webb entdeckt die schwächste Galaxie im frühen Universum

Guido Roberts-Borsani/UCLA); Originalbilder: NASA, ESA, CSA, Swinburne University of Technology, University of Pittsburgh, STScI

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Das James Webb-Weltraumteleskop stellt weiterhin seine Fähigkeiten unter Beweis. In einer weiteren faszinierenden Entdeckung hat das Weltraumobservatorium die am weitesten entfernte, lichtschwächste Galaxie namens JD1 identifiziert, die bisher aufgezeichnet wurde.

JD1 ist hier so zu sehen, wie es vor 13,3 Milliarden Jahren war, als das Universum nur vier Prozent seines heutigen Alters hatte. Daher ist seine Identifizierung eine bemerkenswerte Entdeckung, um die Entwicklung des Universums in seinen frühen Jahren – nach dem Urknall – zu verstehen.

Forscher der University of California, Los Angeles (UCLA) entdeckten die Existenz dieser schwächsten Galaxie. „Bevor das Webb-Teleskop vor einem Jahr in Betrieb ging, konnten wir nicht einmal davon träumen, eine solch schwache Galaxie zu bestätigen“, sagte Tommaso Treu, der zweite Autor der neuen Studie, in einer Pressemitteilung.

Wissenschaftler untersuchten die frühen Jahre des Universums mithilfe des kosmischen Lichts, das Millionen von Jahren zurückgelegt hat, um uns zu erreichen. Insbesondere die ersten Milliarden Jahre des Universums haben bei Astronomen Neugier geweckt.

Alles begann mit einem Paukenschlag! Lange wurde angenommen, dass das Universum nach dem Urknall – vor etwa 13,8 Milliarden Jahren – entstand. Lange danach begann sich das Universum auszudehnen und kühlte sich allmählich ab, wodurch sich Wasserstoffatome bilden konnten.

Allerdings erlebte das frühe Universum nach dem Urknall eine völlig dunkle Periode, die als kosmisches dunkles Zeitalter bekannt ist. In diesem Zeitraum von fast einer Milliarde Jahren gab es keine Lichtquellen. Während dieser Zeit war das Universum in einen „Nebel aus neutralem Wasserstoff gehüllt, der das Licht der ersten Sterne und Galaxien einfing“. Und fast eine Milliarde Jahre nach dem Urknall begann sich dieser Nebel auf mysteriöse Weise aufzulösen.

Dies markierte die Epoche der Reionisierung, die zur Entstehung der ersten Sterne und Galaxien führte. Und ein entscheidendes Ziel der Astronomie war es, die erste Generation von Galaxien zu verstehen, die in dieser Ära der Frühgeschichte des Universums zu bevölkern begannen.

Mit der Kraft von Webb beginnen Astronomen gerade erst, diese verwirrende und doch faszinierende Ära zu verstehen.

„Die meisten der bisher mit JWST gefundenen Galaxien sind helle Galaxien, die selten sind und nicht als besonders repräsentativ für die jungen Galaxien gelten, die das frühe Universum bevölkerten. Obwohl sie wichtig sind, gehen wir nicht davon aus, dass sie die Hauptwirkstoffe sind, die sich durch den ganzen Wasserstoffnebel hindurchgebrannt haben“, sagte Guido Roberts-Borsani, Postdoktorand an der UCLA und Erstautor der Studie.

Roberts-Borsani erklärte weiter: „Ultralichtschwache Galaxien wie JD1 hingegen sind weitaus zahlreicher, weshalb wir glauben, dass sie repräsentativer für die Galaxien sind, die den Reionisierungsprozess durchgeführt haben, wodurch ultraviolettes Licht ungehindert durchtreten kann.“ Raum und Zeit."

Mithilfe der hohen Sensibilität von Webb konnte das Team JD1 lokalisieren. Es befindet sich hinter Abell 2744, einem hellen, großen Haufen nahegelegener Galaxien.

Glücklicherweise konnte Webb diese schwache Galaxie aufgrund der Gravitationslinse sehen. Die Anziehungskraft dieses Galaxienhaufens ließ JD1 größer und 13-mal heller erscheinen, als es sonst der Fall gewesen wäre.

„Die Kombination von JWST und der Vergrößerungskraft der Gravitationslinse ist eine Revolution. „Wir schreiben das Buch über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien unmittelbar nach dem Urknall neu“, fügte Treu hinzu.

NIRSpec, Webbs Nahinfrarot-Spektrographeninstrument, wurde verwendet, um ein Infrarotlichtspektrum dieser Galaxie zu erhalten. Die Daten enthüllten viele wichtige Details über diese ferne Galaxie, etwa die Anzahl der Sterne und die Menge an Staub und schweren Elementen.

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Es wird angenommen, dass Quellen ultravioletter (UV) Photonen in der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall intergalaktischen Wasserstoff ionisiert und das Universum für UV-Strahlung transparent gemacht haben. Galaxien, die heller als die charakteristische Leuchtkraft L* sind, liefern nicht genügend ionisierende Photonen, um diese kosmische Reionisierung voranzutreiben. Es wird angenommen, dass schwächere Galaxien den Photonenhaushalt dominieren; Allerdings sind sie von neutralem Gas umgeben, das das Entweichen der Lyman-α-Photonen verhindert, was bisher die vorherrschende Methode zur Identifizierung war. JD1 wurde zuvor als dreifach abgebildete Galaxie mit einem Vergrößerungsfaktor von 13, bereitgestellt durch den Vordergrundhaufen Abell 2744, und einer photometrischen Rotverschiebung von z ≈ 10 identifiziert. Hier berichten wir über die spektroskopische Bestätigung dieser sehr geringen Leuchtkraft (≈0,05 L*). Galaxie bei z = 9,79, beobachtet 480 Myr nach dem Urknall, mittels Identifizierung des Lyman-Bruchs und des rötlichen Kontinuums sowie mehrerer ≳4σ-Emissionslinien mit dem Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) und der Nahinfrarot-Kamera (NIRCam)-Instrumente. Die Kombination des James Webb-Weltraumteleskops (JWST) und des Gravitationslinseneffekts zeigt, dass diese ultraschwache Galaxie (MUV = −17,35) – mit einer Leuchtkraft, die typisch für die Quellen ist, die für die kosmische Reionisierung verantwortlich sind – kompakt (≈150 pc) und komplex ist Morphologie, geringe Sternmasse (107,19 M⊙) und subsolare (≈0,6 Z⊙) Gasphasenmetallizität.