JWST findet: Frühe Galaxien könnten viermal massereicher sein als gedacht – weil sie ihre kleinen Sterne verstecken

Astronomen haben entdeckt, dass einige der größten Galaxien im frühen Universum heimlich eine Menge kleiner Sterne horteten, was sie möglicherweise viermal massereicher macht als zuvor angenommen. Es ist, als würde man herausfinden, dass das bescheidene Reihenhaus Ihres Nachbarn ein geheimes unterirdisches Herrenhaus hat.

Das internationale Team, darunter Forscher der Penn State University, veröffentlichte seine Ergebnisse in Nature Astronomy und sorgte damit für weitere Kopfschmerzen bei Wissenschaftlern, die herausfinden wollen, wie die ersten Galaxien entstanden und sich entwickelten.

Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA untersuchten die Forscher neun massereiche, ausgereifte Galaxien, die vor Milliarden von Jahren aufgehört haben, neue Sterne zu bilden. Sie kombinierten die Beobachtungen des fernen Universums durch JWST mit früheren bodengestützten Daten des Very Large Telescope – denn warum nur ein leistungsstarkes Teleskop verwenden, wenn man zwei verwenden kann?

Zum ersten Mal konnten sie zuverlässig die relativen Zahlen kleiner, schwacher Sterne und größerer, hellerer Sterne in Galaxien in solch atemberaubenden Entfernungen abschätzen.

„Diese Galaxien sind anders“, sagte Joel Leja, der Dr. Keiko Miwa Ross Mid-Career Associate Professor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State und Co-Autor des Papiers. „Sie sind auf eine Weise anders, die wirklich schwer zu verstehen ist, weil sie massereicher sind als erwartet – wie viel massereicher, sie haben drei- oder viermal mehr Masse als erwartet.“ Mit anderen Worten: Das Universum überrascht uns immer wieder, und nicht immer im Guten.

Die Astronomen zerlegten das Licht jeder Galaxie in ein Spektrum und suchten nach kleinen Farbvariationen, die verraten, welche Arten von Sternen vorhanden sind. Der Haken: Große, helle Sterne stehlen die Show, während kleinere Sterne schüchtern und schwer zu erkennen sind. Forscher der Penn State lieferten Fachwissen und Anleitung für die Modellierung des Lichts dieser Galaxiensysteme.

„Wenn eine Galaxie eine Stadt wäre, wären die hellsten Sterne die Wolkenkratzer, die aus der Ferne sofort ins Auge fallen“, sagte Hauptautorin Chloe Cheng, eine kürzlich promovierte Absolventin der Universität Leiden. „Unsere Modelle zeigen, dass eine weitaus zahlreichere Population massearmer Sterne von diesen seltenen, hellen Sternen verdeckt wird, wie Häuser, die zwischen Wolkenkratzern versteckt sind. Infolgedessen erweist sich diese Galaxie als viel massereicher als frühere Schätzungen vermuten ließen.“ Also, im Grunde ist das Universum voller kosmischer Vororte.

Traditionell gingen Astronomen davon aus, dass Sterne im gesamten Universum in ungefähr ähnlichen Anteilen entstehen, aber diese Ergebnisse stellen diese langjährige Annahme in Frage. Die massereichsten Galaxien im frühen Universum scheinen mit mehr massearmen Sternen gefüllt zu sein als kleinere Galaxien wie unsere Milchstraße.

Eine Galaxie stach laut Co-Autorin Martje Slob, Doktorandin an der Universität Leiden, besonders hervor. Sie entstand wahrscheinlich weniger als anderthalb Milliarden Jahre nach dem Urknall und könnte bis zu viermal massereicher sein als bisher berechnet.

„Bis vor kurzem waren Messungen wie diese schlicht unmöglich“, sagte Slob. „Wir brauchten nicht nur ein Teleskop, das sehr weit entfernte Galaxien vergrößern kann, sondern auch Spektren von außergewöhnlicher Qualität und neue Analysetechniken, um die subtilen Signaturen schwacher, massearmer Sterne zuverlässig zu erkennen, die in diesen kosmischen Titanen versteckt sind.“ Denn offenbar spielen die größten Galaxien des Universums gerne Verstecken.

Diese Ergebnisse haben große Auswirkungen auf das Verständnis, wie sich Galaxien im jungen Universum entwickelten. Seit JWST beobachtet, haben Astronomen wiederholt unerwartet massereiche und ausgereifte Galaxien gefunden, die kurz nach dem Urknall existierten, was bestehende Modelle der Galaxienbildung unter Druck setzt.

„Diese Entdeckung hat entscheidende Auswirkungen auf unser Verständnis des frühen Universums“, sagte Leja, der auch mit dem Penn State Institute for Computational and Data Sciences verbunden ist. „Seit dem Start von JWST haben Astronomen überraschend massereiche und ausgereifte Galaxien gefunden, die bereits kurz nach dem Urknall existierten. Es wird angenommen, dass diese sehr frühen Galaxien sich zu der Art von Galaxien entwickeln, die untersucht wurden...“