Astronomen haben mit dem James Webb Space Telescope (JWST) und dem Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) 70 alte, staubige Galaxien entdeckt, die sich überraschend früh in der Geschichte des Universums gebildet haben. Diese Galaxien, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten, enthalten unerwartet hohe Mengen an schweren Elementen („Metallen“) – was aktuelle Modelle der galaktischen Entwicklung in Frage stellt.
Unerwarteter Metallreichtum
Aktuelle kosmologische Modelle gehen davon aus, dass schwere Elemente so früh im Universum nicht in so großer Menge vorhanden gewesen sein dürften. Sterne bilden diese schwereren Elemente durch Kernfusion, und man ging davon aus, dass die ersten Sterngenerationen relativ metallarm waren. Diese neu entdeckten Galaxien waren jedoch bereits reich an Metallen, was darauf hindeutet, dass die Sternentstehung früher und effizienter begann als bisher angenommen.
Laut Jorge Zavala von der University of Massachusetts Amherst sind „Staubgalaxien massereiche Galaxien mit großen Mengen an Metallen und kosmischem Staub … Und diese Galaxien sind sehr alt, was bedeutet, dass sich im frühen Universum Sterne gebildet haben, früher als unsere aktuellen Modelle vorhersagen.“
Wie die Entdeckung geschah
Die Forschung begann damit, dass ALMA eine Population von 400 hellen, staubigen Galaxien identifizierte. Nachfolgende JWST-Beobachtungen haben diese Liste auf 70 schwache Kandidaten am Rande des beobachtbaren Universums eingegrenzt – viele davon noch nie zuvor gesehen. Durch die Kombination der Daten beider Teleskope bestätigten Astronomen, dass sich diese Galaxien bereits 500 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben. Diese Zeitleiste erzwingt eine Neubewertung der Geschwindigkeit, mit der sich galaktische Strukturen nach der Geburt des Universums entwickelten.
Die Punkte verbinden
Diese alten Galaxien scheinen mit zwei anderen zuvor entdeckten Galaxientypen verbunden zu sein: extrem helle, sternbildende Galaxien und ältere, „ruhende“ Galaxien, die keine Sterne mehr produzieren. Zavala vergleicht dies damit, „Schnappschüsse des Lebenszyklus dieser seltenen Galaxien“ zu haben. Die hellen Galaxien stehen für die Jugend, die ruhenden Galaxien für das Alter und die neu entdeckten staubigen Galaxien füllen die Lücke als junge Erwachsene.
Dieser Zusammenhang legt nahe, dass unser Verständnis der galaktischen Entwicklung unvollständig ist. Wenn diese drei Populationen tatsächlich miteinander verwandt sind, muss die Sternentstehung früher begonnen haben und schneller voranschreiten, als die bestehenden Theorien zulassen.
Weitere Forschung ist erforderlich, um diese Zusammenhänge zu festigen, aber die aktuellen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass unsere kosmische Zeitlinie einer Überarbeitung bedarf. Die Entdeckung dieser frühen, metallreichen Galaxien wirft grundlegende Fragen darüber auf, wie in den Kinderschuhen des Universums Sterne entstanden und Galaxien heranreiften.
