Milchstraßen-ähnliche Galaxie im frühen Universum gefunden.

9. November 2023

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von Iqbal Pittalwala, University of California - Riverside

Mithilfe des James Webb Space Telescope hat ein internationales Team, darunter der Astronom Alexander de la Vega von der University of California, Riverside, die bislang am weitesten entfernte Balkenspiralgalaxie entdeckt, die dem Milchstraßensystem ähnelt und bisher beobachtet wurde.

Bislang ging man davon aus, dass Balkenspiralgalaxien wie die Milchstraße erst zur Hälfte ihres aktuellen Alters beobachtet werden konnten, als das Universum, dessen Alter auf 13,8 Milliarden Jahre geschätzt wird, entstand.

Die in dieser Woche in Nature veröffentlichte Forschung wurde von Wissenschaftlern des Centro de Astrobiología in Spanien geleitet.

"Diese Galaxie mit dem Namen ceers-2112 hat sich kurz nach dem Urknall gebildet", sagte Mitautor de la Vega, ein Postdoktorand am Institut für Physik und Astronomie. "Die Entdeckung von ceers-2112 zeigt, dass Galaxien im frühen Universum genauso geordnet sein können wie die Milchstraße. Das ist überraschend, da die Galaxien im frühen Universum viel chaotischer waren und nur sehr wenige eine ähnliche Struktur wie die Milchstraße hatten."

Ceers-2112 hat eine Balkenstruktur in ihrer Mitte. De la Vega erklärte, dass eine Balkenstruktur in Galaxien aus Sternen besteht. Diese Balkenstrukturen ähneln Balken in unserem täglichen Leben, wie z.B. einem Schokoriegel. Es ist möglich, Balken in nicht-spiralförmigen Galaxien zu finden, sagte er, aber sie sind sehr selten.

"Fast alle Balken sind in Spiralgalaxien zu finden", sagte de la Vega, der im letzten Jahr zur UCR kam, nachdem er seinen Doktortitel in Astronomie an der Johns Hopkins University erworben hatte. "Der Balken in ceers-2112 deutet darauf hin, dass Galaxien viel schneller gereift und geordneter wurden als wir bisher dachten, was bedeutet, dass einige Aspekte unserer Theorien zur Galaxienentstehung und -entwicklung überarbeitet werden müssen."

Das bisherige Verständnis der Astronomen von der Entwicklung von Galaxien war, dass es mehrere Milliarden Jahre dauerte, bis Galaxien geordnet genug wurden, um Balken zu entwickeln.

"Die Entdeckung von ceers-2112 zeigt, dass dies in nur einem Bruchteil dieser Zeit geschehen kann, in etwa einer Milliarde Jahre oder weniger", sagte de la Vega.

Nach ihm sollen Balken in Spiralgalaxien entstehen, in denen Sterne in geordneter Weise rotieren, wie es in der Milchstraße der Fall ist.

"In solchen Galaxien können Balken aufgrund von Instabilitäten in der Spiralstruktur oder gravitativen Effekten einer benachbarten Galaxie spontan entstehen", so de la Vega. "In der Vergangenheit, als das Universum sehr jung war, waren Galaxien instabil und chaotisch. Man dachte, dass sich Balken in Galaxien im frühen Universum nicht bilden oder lange Bestand haben könnten."

Die Entdeckung von ceers-2112 wird voraussichtlich mindestens zwei Aspekte der Astronomie verändern.

"Zum einen müssen theoretische Modelle zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien berücksichtigen, dass einige Galaxien früh genug stabil genug wurden, um Balken zu beherbergen", sagte de la Vega. "Diese Modelle müssen möglicherweise anpassen, wie viel Dunkle Materie in Galaxien im frühen Universum enthalten ist, da Dunkle Materie den Bildungsprozess von Balken beeinflusst. Zweitens zeigt die Entdeckung von ceers-2112, dass Strukturen wie Balken bereits im sehr jungen Universum nachgewiesen werden können. Dies ist wichtig, da Galaxien in der fernen Vergangenheit kleiner waren als heute, was die Suche nach Balken erschwert. Die Entdeckung von ceers-2112 ebnet den Weg für die Entdeckung weiterer Balken im jungen Universum."

Herr Dr. de la Vega half dem Forschungsteam, die Rotverschiebung und Eigenschaften von ceers-2112 zu schätzen. Er trug auch zur Interpretation der Messungen bei.

"Rotverschiebung ist eine beobachtbare Eigenschaft einer Galaxie, die anzeigt, wie weit entfernt sie ist und wie weit sie in der Zeit zurückliegt, was eine Folge der endlichen Lichtgeschwindigkeit ist", sagte er.

Was de la Vega an der Entdeckung von ceers-2112 am meisten überraschte, war, wie gut die Eigenschaften ihres Balkens eingeschränkt werden konnten.

"Ursprünglich dachte ich, dass die Detektion und Abschätzung der Eigenschaften von Balken in Galaxien wie ceers-2112 mit Messunsicherheiten behaftet sein würde", sagte er. "Aber die Leistungsfähigkeit des James Webb Space Telescope und das Fachwissen unseres Forschungsteams ermöglichten es uns, starke Einschränkungen auf die Größe und Form des Balkens zu setzen."

Informationsquelle: University of California - Riverside