Die sich drehende alte Galaxie deutet darauf hin, dass die ersten Sterne des Universums schnell zu Scheiben verschmolzen wurden | Wissenschaft

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Astronomen haben die Rotation einer Galaxie entdeckt, die nur 550 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückreicht, als das Universum 4 % seines heutigen Alters hatte. Die Rotation deutet darauf hin, dass diese kleine Galaxie kein amorpher Fleck war, sondern eher eine organisierte Scheibe, ähnlich wie die Milchstraße und ähnliche Galaxien, die über 13 Milliarden Jahre brauchten, um zu reifen. Dies ist ein weiterer Beweis dafür, dass Galaxien schneller wachsen und sich schneller entwickeln als von Theoretikern vorhergesagt.

Sterne so schnell zu einer Scheibe zu verschmelzen widerspreche nicht bestehenden Theorien, sondern dehne sie aus, sagt Sarah Bosman vom Max-Planck-Institut für Astronomie, die nicht an der Forschung beteiligt war. „So bald ist es ziemlich gut möglich.“

Die Sterne in dieser Pioniergalaxie waren ebenfalls ausgereift, was darauf hindeutet, dass sie 300 Millionen Jahre früher entstanden sind, als das Universum erst 250 Millionen Jahre alt war. Das sind gute Nachrichten für das kommende James-Webb-Weltraumteleskop, das letztes Jahr gestartet wurde und voraussichtlich nächsten Monat den wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen wird. Wenn diese frühen Galaxien in einem Ausbruch viele Sterne hervorgebracht haben, werden sie wahrscheinlich „hell genug sein, damit Webb sie sehen kann“, sagt Richard Ellis, Astronom am University College London und Mitautor der neuen Studie. Astronomen hoffen, dass das 10-Milliarden-Dollar-Instrument eine Vielzahl früher Galaxien aufdecken wird und nicht nur die größten und hellsten Ausreißer, damit sie verstehen können, wie sich diese frühen Ansammlungen gebildet und entwickelt haben.

Die Galaxie, die MACS1149-JD1 oder kurz JD1 genannt wird, ist nicht die am weitesten entfernte bekannte Galaxie, aber sie ist jetzt die am weitesten entfernte Galaxie mit allem, was über ihre Dynamik bekannt ist. Das Team, darunter Ellis, entdeckte JD1 im Jahr 2018 als undeutlichen Fleck in Bildern des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einer Ansammlung von 66 Radioteleskopen hoch oben in den chilenischen Anden, und des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte , auch in Chile. Von ihrer Farbe wussten Ellis und ihre Kollegen, dass zumindest einige ihrer Stars erwachsen waren, da sie mit zunehmendem Alter erröten. Aber das Team wusste nicht, wie diese Stars organisiert waren.

Sie entschieden sich, ALMA genauer unter die Lupe zu nehmen. Solche Teleskop-Arrays können „herauszoomen“, indem sie die Schüsseln weiter auseinander spreizen und ihre Signale durch einen Prozess namens Interferometrie kombinieren. Das Team beobachtete JD1, als die Schüsseln über eine Fläche von 2,5 Kilometern Durchmesser verteilt waren, was die Sehschärfe einer einzelnen Schüssel dieser Größe ergab.

Wenn Astronomen so weit entfernte Objekte betrachten, verschiebt sich ihr Licht zum roten Ende des Spektrums, weil die Photonen beim Fliegen durch die Expansion des Universums gestreckt werden. Der Grad dieser „Rotverschiebung“ sagt Astronomen, wie weit das Objekt entfernt ist. Zusammen mit dem neuen hochauflösenden Bild von JD1 konnten die Forscher auch winzige Rotverschiebungsunterschiede auf dem Gesicht der Galaxie sehen, die Art von Variationen, die Sie von einem rotierenden Objekt erwarten würden, bei dem sich ein Teil auf den Beobachter und den anderen zubewegt entfernt sich davon. . Wie das Team heute in berichtet Astrophysikalische ZeitschriftenbriefeDa war ein Geschwindigkeitsunterschied von 120 Kilometern pro Sekunde zwischen einer Seite der Galaxie und der anderen. „Wir waren wirklich begeistert, als wir die Geschwindigkeitskarte sahen“, sagt Ellis.

Die Forscher setzten die Geschwindigkeitsverteilung in ein Galaxienmodell und es passte gut zu einer Scheibengalaxie mit einer Masse zwischen 1 Milliarde und 2 Milliarden Sonnen. Es ist winzig im Vergleich zur Milchstraße, die 1 Billion Sonnenmassen enthält, und daher dreht sich JD1 langsamer als unsere Galaxie, mit etwa einem Viertel der Geschwindigkeit unserer Galaxie. Eine sich drehende Galaxie so früh in der Geschichte des Universums zu finden, sei „überraschend“, sagt Bosman, aber die Daten stimmen „vollständig mit einer Scheibe überein“.

Astronomen müssen nicht lange warten, um herauszufinden, ob JD1 einzigartig ist oder ob Scheibengalaxien im frühen Universum häufig waren. Bereits in wenigen Wochen soll das Webb-Teleskop in den ersten halben Milliarden Jahren des Universums viele weitere Galaxien finden. „Wir werden von einstelligen Zahlen auf Hunderte kommen“, sagt Bosman. „Zumindest hoffe ich das!“