Ein Team von Astronomen entdeckt eine Galaxie, die nicht existieren sollte.

2. Februar 2024

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von Kim Baptista, Arizona State University

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Tim Carleton, Assistenzforschungswissenschaftler an der Arizona State University, hat eine Zwerggalaxie entdeckt, die auf Bildern des James Webb Space Telescopes (JWST) erschien, aber nicht das primäre Beobachtungsziel war.

Galaxien werden durch die Schwerkraft zusammengehalten und bestehen aus Sternen und Planeten sowie aus ausgedehnten Wolken aus Staub und Gas und dunkler Materie. Zwerggalaxien sind die häufigsten Galaxien im Universum und sind definitionsgemäß klein und wenig leuchtend. Sie haben weniger als 100 Millionen Sterne, während die Milchstraße zum Beispiel fast 200 Milliarden Sterne hat.

Neuere Beobachtungen von Zwerggalaxien zur Häufigkeit von "ultra-diffusen Galaxien", die über den Bereich bisheriger großer spektroskopischer Umfragen hinausreichen, lassen vermuten, dass unser Verständnis der Zwerggalaxien-Population unvollständig sein könnte.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie untersuchten Carleton und das Team ursprünglich einen Galaxienhaufen als Teil des JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS) Projekts.

Die Zwerggalaxie PEARLSDG erschien zufällig auf einigen der Bilder des JWST-Teams. Sie war überhaupt nicht das Ziel - nur etwas abseits vom Hauptbeobachtungsfeld, im Bereich des Weltraums, in dem sie nichts erwarteten.

Die Ergebnisse wurden im Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

PEARLSDG weist nicht die üblichen Merkmale einer Zwerggalaxie auf, die man erwarten würde. Sie interagiert nicht mit einer benachbarten Galaxie, bildet aber auch keine neuen Sterne. Es handelt sich um einen interessanten Fall einer isolierten, inaktiven Galaxie.

"Solche isolierten, inaktiven Zwerggalaxien wurden bisher nur relativ selten gesehen. Man erwartet nicht wirklich, dass sie existieren, wenn man unser derzeitiges Verständnis der Galaxienentwicklung betrachtet, daher hilft uns das Vorhandensein dieses Objekts, unsere Theorien zur Galaxienbildung zu verbessern", sagte Carleton. "Im Allgemeinen bilden Zwerggalaxien, die allein sind, weiterhin neue Sterne."

Bisher zeigte das Verständnis der Astronomen von der Galaxienentwicklung eine isolierte Galaxie, die weiterhin junge Sterne bildet, oder sie würde mit einer massereicheren Begleitgalaxie interagieren. Diese Theorie traf jedoch nicht auf PEARLSDG zu, das sich als alte stellare Population präsentiert, die weder neue Sterne bildet noch mit anderen Galaxien interagiert.

Zu ihrer Überraschung konnten in den Bildern des JWST-Teams auch einzelne Sterne beobachtet werden. Diese Sterne sind in JWST-Wellenlängen heller; es handelt sich um eine der am weitesten entfernten Galaxien, bei denen wir diese Sterne mit diesem Detailgrad sehen können. Die Helligkeit dieser Sterne ermöglicht den Astronomen die Messung ihrer Entfernung - 98 Millionen Lichtjahre.

Für diese Studie verwendete Carleton, der Assistenzforschungswissenschaftler am Beus Center for Cosmic Foundations in der School of Earth and Space Exploration an der ASU ist, und das Team eine breite Palette von Daten.

Dazu gehören Bilddaten von JWSTs Near-InfraRed Camera (NIRCam); spektroskopische Daten vom DeVeney Optical Spectrograph des Lowell Discovery Telescope in Flagstaff, Arizona; archivierte Bilder von NASAs Galex und Spitzer Space Telescopes; sowie bodengestützte Bilder von der Sloan Digital Sky Survey und dem Dark Energy Camera Legacy Survey.

JWSTs NIRCam hat eine sehr hohe Winkelauflösung und Empfindlichkeit, was es dem Team ermöglichte, einzelne Sterne in dieser entfernten Galaxie zu identifizieren. Genauso wie einzelne Zellen unter dem Mikroskop in den Fokus gelangen, brachten diese Beobachtungen die Bestandteile von PEARLSDG scharf zum Vorschein.

Die Identifizierung bestimmter Sterne in den Bildern lieferte einen wichtigen Hinweis auf ihre Entfernung - diese Sterne haben eine bestimmte intrinsische Helligkeit. Durch Messung ihrer scheinbaren Helligkeit mit JWST konnte das Team bestimmen, wie weit entfernt sie sind. Es stellte sich heraus, dass diese Sterne einige der am weitesten entfernten Sterne ihrer Art waren, die beobachtet wurden.

All diese archivierten Bilddaten, die in Ultraviolett-, Optik- und Infrarot-Wellenlängen beobachtet wurden, wurden kombiniert, um die Farbe von PEARLSDG zu untersuchen. Neu gebildete Sterne haben eine bestimmte Farbsignatur, daher wurde das Fehlen einer solchen Signatur verwendet, um zu zeigen, dass PEARLSDG keine neuen Sterne bildet.

Das DeVeney-Spektrograph am Lowell Discovery Telescope zerlegt das Licht astronomischer Objekte in seine verschiedenen Bestandteile und ermöglicht es Astronomen, die Eigenschaften der Objekte im Detail zu untersuchen. Beispielsweise kodiert die in den spektroskopischen Daten beobachtete spezifische Wellenlängenverschiebung Informationen über die Bewegung von PEARLSDG, wobei der Dopplereffekt verwendet wird, den Radarpistolen zum Messen der Geschwindigkeit von Fahrern auf den Straßen in Arizona nutzen.

This was key to show that PEARLSDG is not associated with any other galaxy and is truly isolated.

Additionally, particular features in the spectrum are sensitive to the presence of young stars, so the absence of those features further corroborated the measurements of the absence of young stars from the imaging data.

'This was absolutely against people's expectations for a dwarf galaxy like this,' Carleton said.

This discovery changes astronomers' understanding of how galaxies form and evolve. It suggests the possibility that many isolated quiescent galaxies are waiting to be identified and that JWST has the tools to do so.

This research was presented at January's 243 AAS press conference: Oddities in the Sky,

Provided by Arizona State University