Erstaunliche Entdeckung im frühen Universum: Erste Galaxien entstanden sehr viel früher

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Hubble-Aufnahme des Galaxienhaufens “MACS J0416”. Copyright: NASA, ESA, and M. Montes (University of New South Wales, Sydney, Australia

Hubble-Aufnahme des Galaxienhaufens “MACS J0416”.
Copyright: NASA, ESA, and M. Montes (University of New South Wales, Sydney, Australia

Noordwij (Niederlande) – Neue Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop „Hubble“ legen nahe, dass die ersten Sterne und Galaxien im frühen Universum deutlich früher entstanden sind als bislang angenommen.

Wie das Team um Rachana Bhatawdekar bereits 2019 im Fachjournal „Monthly Notices oft he Royal Astronomical Society“ (DOI: 10.1093/mnras/stz866) und via ArXiv.org berichtete und auf dem aktuellen Jahrestreffen der „American Astronomical Society“ (AAS) vorstellt, haben sie keine Belege für die erste Generation von Sternen – Sterne der sogenannten Population III – im Universum in der Zeit zwischen 500 Millionen und einer Milliarde Jahre nach dem Urknall gefunden.

Für ihre Untersuchung Studie untersuchten die Astronominnen und Astronomen das frühe Universum etwa 500 Millionen bis eine Milliarde Jahre nach dessen Entstehung, indem sie Hubble-Ansichten des Galaxienhaufens „MACSJ0416“ und die einer nahe gelegenen Himmelsregion verglichen und untersuchten, die mit der gleichen Belichtungszeit wie „MACSJ0416“ selbst abgebildet wurde.

Hierzu kombinierten die Autoren diese Beobachtungen, um die tiefsten Beobachtungen zu machen, die jemals von Galaxienhaufen und den dahinter befindlichen Galaxien gemacht wurden – vergrößert durch den Gravitationslinseneffekt und unterstützt durch Daten des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA und des bodengestützten „Very Large Telescope“ (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO).

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„Die Erforschung der ersten Galaxien bleibt eine bedeutende Herausforderung in der modernen Astronomie“, erläutert die Pressemitteilung der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) und führt dazu weiter aus: „Wir wissen nicht, wann oder wie sich die ersten Sterne und Galaxien im Universum gebildet haben.“

Um sich den Antworten auf diese Fragen zu nähern nutzen Astronomen die Tiefenbildbeobachtungen des Hubble-Weltraumteleskop, um so das Universum bis auf 500 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückblicken können.

Auf diese Weise haben Bhatawdekar und Kollegen nach der ersten Generation von Sternen im frühen Universum untersucht, sogenannte Population-III-Sterne. „Diese Sterne wurden aus jenem Urmaterial geschmiedet, das aus dem Urknall hervorgegangen ist“, so die Forscher. „Sie müssen also ausschließlich aus Wasserstoff, Helium und Lithium entstanden sein. Die einzigen Elemente, die existierten, bevor Prozesse in den Kernen dieser Sterne schwerere Elemente wie Sauerstoff und Stickstoff, Kohlenstoff und Eisen erzeugen konnten.“

Künstlerische Darstellung des frühen Universums (Illu.). Copyright: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Künstlerische Darstellung des frühen Universums (Illu.).
Copyright: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Dank einer neu entwickelten Technik zur Messung der Entfernung des Lichts der hellen Vordergrundgalaxien im Galaxien-Cluster entdeckte das Team Hintergrundgalaxien mit geringerer Masse als jemals zuvor mit Hubble in einer Entfernung, die der Zeit entsprach, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. In dem von ihnen untersuchten kosmischen Intervall (bis 500 Millionen Jahre nach dem Urknall) fanden sie jedoch keine Hinweise auf die Population-III-Sterne der ersten Generation.

Vor dem Hintergrund der neuen Beobachtungen gehen die Astronomen nun davon aus, dass die ersten Galaxien bereits etwa 200 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums entstanden sind.

Der Mangel an Belegen für diese Sternpopulationen und die Identifizierung vieler Galaxien mit geringer Masse stützen demnach die Annahme, dass diese Galaxien die wahrscheinlichsten Kandidaten für die sogenannte Reionisierung des Universums sind, während derer im frühen Universum das neutrale intergalaktische Medium von den ersten Sternen und Galaxien ionisiert wurde.

Diese Ergebnisse zeigen, dass sich Galaxien viel früher gebildet haben müssen, als Astronomen bislang dachten. Sie legen auch nahe, dass die früheste Bildung von Sternen und Galaxien viel früher erfolgte, als dies mit dem Hubble-Weltraumteleskop untersucht werden kann. Aus diesem Grund müsse dieses Forschungsgebiet dem Hubble-Nachfolger, dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) überlassen werden, um so die frühesten Galaxien des Universums zu untersuchen.

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Quelle: ESA

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