Belege für Sternentstehung schon 250 Millionen Jahre nach dem Urknall
Aufnahme des Galaxienhaufen MACS J1149.5+2223. Im hervorgehobenen Rahmen ist die weit entfernte Galaxie MACS1149-JD1 zu sehen, wie sie vor 13,3 Milliarden Jahren aussah und nun mit ALMA beobachtet wurde. Die mit ALMA detektierte Sauerstoffverteilung ist rot dargestellt.
Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.
Osaka (Japan) – Mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Arrays (ALMA) und dem Very Large Telescope (VLT) der Europäische Südsternwarte ESO hat ein internationales Astronomenteam Belege dafür gefunden, dass die Sternentstehung in der weit entfernten Galaxie MACS1149-JD1 nur 250 Millionen Jahre nach dem Urknall und damit in einem unerwartet frühen Stadium begann. Gleichzeitig ist die Entdeckung auch der Nachweis des am weitesten entfernten Sauerstoffs im Universum.
Wie das Team um Takuya Hashimoto von der Osaka Sangyo University und dem National Astronomical Observatory of Japan aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/s41586-018-0117-z) berichtet, handelt es sich bei der Galaxie „MACS1149-JD1“ zudem um die am weitesten entfernte Galaxie, die jemals von ALMA oder dem VLT beobachtet wurde.
Bei Ihren Beobachtungen von „MACS1149-JD1“ entdeckten die Wissenschaftler darin ein sehr schwaches Leuchten von ionisiertem Sauerstoff und erläutern dazu: „Auf seinem Weg durch das Weltall wurde dieses Infrarotlicht durch die Expansion des Universums auf eine mehr als zehnmal längere Wellenlänge gedehnt, bis es die Erde erreichte und von ALMA nachgewiesen wurde.“
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Aus den Beobachtungen folgern die Astronomen, dass das Signal vor 13,3 Milliarden Jahren – bzw. rund 500 Millionen Jahre nach dem Urknall – ausgesendet wurde: Damit handelt es sich um den am weitesten entfernten Nachweis von Sauerstoff, der jemals von einem Teleskop erfasst wurde. „Die Anwesenheit von Sauerstoff ist ein deutliches Zeichen dafür, dass es noch frühere Generationen von Sternen in dieser Galaxie gegeben haben muss“, erläutert die ESO-Pressemitteilung.
„Diese Entdeckung verschiebt die Grenzen des beobachtbaren Universums“, zeigt sich Takuya von den Beobachtungen begeistert. Neben dem von ALMA aufgenommenen Sauerstoff wurde mit dem Very Large Telescope (VLT) auch ein schwächeres Signal von Wasserstoff detektiert: „Der aus dieser Beobachtung ermittelte Abstand zur Galaxie stimmt mit dem Abstand aus der Sauerstoffbeobachtung überein. Das macht den MACS1149-JD1 zur entferntesten Galaxie mit einer präzisen Entfernungsmessung und zur entferntesten Galaxie, die jemals mit ALMA oder dem VLT beobachtet wurde.“
„Wir sehen diese Galaxie heute so, wie sie zu der Zeit aussah, als das Universum erst 500 Millionen Jahre alt war – in der sie bereits eine Population entwickelter Sterne enthält“, erklärt Nicolas Laporte, ein Forscher am University College London (UCL) in Großbritannien und Zweitautor des Artikels. „Wir sind also in der Lage, mit dieser Galaxie in eine noch frühere, völlig unbekannte Periode der kosmischen Geschichte einzutauchen.“
Die erste Zeit nach dem Urknall gab es im Universum keinen Sauerstoff; er wurde erst durch die Fusionsprozesse der ersten Sterne erzeugt und dann freigesetzt, als diese Sterne starben.
Der Nachweis von Sauerstoff in MACS1149-JD1 zeige somit, dass diese früheren Sterngenerationen 500 Millionen Jahre nach Beginn des Universums bereits gebildet und Sauerstoff ausgestoßen haben müssen.
Um genau herauszufinden, wann es zu dieser ersten Sternentstehungsphase gekommen war, rekonstruierten die Forscher die frühere Geschichte von „MACS1149-JD1“ anhand von Infrarot-Daten, die bereits mit dem Weltraumteleskopen „Hubble“ und „Spitzer“ ermittelt worden waren. Hierbei fanden sie heraus, dass die beobachtete Helligkeit der Galaxie durch ein Modell gut erklärt wird, bei dem der Beginn der Sternentstehung nur 250 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums stattfand.
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Der Zustand der Sterne in „MACS1149-JD1“ wirft nun die Frage auf, wann die allerersten Galaxien aus der völligen Dunkelheit auftauchten, eine Epoche, die die Astronomen als „kosmische Dämmerung“ bezeichnen. „Durch die Bestimmung des Alters von MACS1149-JD1 konnten wir effektiv zeigen, dass Galaxien früher existierten als die, die wir derzeit direkt sehen können“, berichten die Wissenschaftler.
„Die Bestimmung, wann die kosmische Dämmerung eintrat, ist sozusagen der Heilige Gral der Kosmologie und Galaxienbildung“, kommentiert der der Mitautor des Fachartikels Richard Ellis vom University College London abschließend. „Mit diesen neuen Beobachtungen von MACS1149-JD1 kommen wir der Geburt des Sternlichts näher! Da wir alle aus recycelter Sternmaterie bestehen, ist das in Wirklichkeit auch unsere eigene Herkunft.“
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