„Starburst“-Galaxien könnten das vom Webb-Teleskop aufgeklärte Rätsel um den Beginn des Universums lösen

Eine Reise durch den Raum ist eine Reise durch die Zeit. Wenn Astronomen beispielsweise einen 100 Lichtjahre entfernten Stern betrachten, sehen sie ihn so, wie er vor 100 Jahren aussah, weil sein Licht so lange brauchte, um uns zu erreichen. Wenn man es also bis zum äußersten Rand des beobachtbaren Universums ausdehnt, kann man tatsächlich in die Vergangenheit vor mehr als 12 Milliarden Jahren blicken – eine Zeit, die als „kosmische Morgendämmerung“ bekannt ist, als die ersten Sterne zündeten und frühe Galaxien bildeten.

Das James-Webb-Teleskop war das erste Teleskop, das leistungsstark genug war, um so weit in Raum und Zeit zu blicken. Die Astronomen hatten damit gerechnet, noch entstehende „Protogalaxien“ zu sehen, doch zu ihrer Überraschung schienen die vom Teleskop entdeckten Galaxien recht fortgeschritten und ausgereift zu sein, ähnlich wie die heutigen Galaxien. Und nicht nur ein oder zwei Ausreißer, sondern Dutzende. Das ist nicht nur seltsam, es hat auch das Potenzial, unser gesamtes Verständnis über die Entstehung von Galaxien auf den Kopf zu stellen und könnte sogar das Standardmodell der Kosmologie selbst in Frage stellen.

In der neuen Studie nutzte ein Team von Astrophysikern unter der Leitung der Northwestern University leistungsstarke Computersimulationen, um andere Ideen zu untersuchen. Dabei entdeckten sie die Möglichkeit, ein Signal zu erzeugen, das mit den Beobachtungen von James Webb übereinstimmte.

Der einfachste Weg, die Masse und Größe einer Galaxie abzuschätzen, insbesondere aus großen Entfernungen, besteht darin, ihre Helligkeit zu betrachten, was Webb für die frühen entdeckten Galaxien tat. Die Simulationen des Teams zeigen jedoch, dass Galaxien zu Beginn des Universums die gleichen Helligkeitsniveaus mit viel geringeren Massen erreichen könnten – sie mussten lediglich eine Phase schneller Sternentstehung durchlaufen, was genau das ist, was die simulierten Galaxien selbst taten.

Sun Guochao, Hauptautor der Studie, sagte: „Der Schlüssel liegt darin, in kurzer Zeit eine ausreichende Lichtmenge in einem System zu reproduzieren. Dies geschieht entweder, weil das System sehr massereich ist, oder weil es die Fähigkeit besitzt, schnell große Lichtmengen zu erzeugen. Im letzteren Fall benötigt das System nicht so viel Masse. Wenn die Sternentstehung in einem Ausbruch erfolgt, wird es einen Blitz aussenden. Deshalb sehen wir mehrere sehr helle Galaxien.“

Moderne Galaxien wie die Milchstraße neigen dazu, im Laufe der Zeit eine stetige Sternentstehung zu zeigen, aber Simulationen deuten darauf hin, dass frühe Galaxien mit geringerer Masse eher eine „Starburst“-Phase durchlaufen, gefolgt von einer relativ ruhigen Phase, bis diese älteren Sterne sterben und die Bildung der nächsten Generation von Sternen in einer weiteren Starburst-Periode vorantreiben.

„Das meiste Licht in einer Galaxie kommt von den massereichsten Sternen“, sagte Claude-André Faucher-Giguère, leitender Autor der Studie. „Weil massereichere Sterne schneller brennen, leben sie kürzer. Sie verbrauchen ihren Treibstoff bei Kernreaktionen schnell. Daher hängt die Helligkeit einer Galaxie direkter mit der Anzahl der Sterne zusammen, die sie in den letzten paar Millionen Jahren gebildet hat, als mit der Masse der gesamten Galaxie.“

Nur weil eine Simulation möglich ist, heißt das natürlich nicht, dass das reale Universum auch so abläuft. Mit anderen Techniken zur Messung der Massen dieser Galaxien könnten Folgebeobachtungen mit dem Webb-Teleskop dazu beitragen, die Starburst-Hypothese zu bestätigen und das Standardmodell der Kosmologie zu entlasten. Denn wie könnte die Bildung von Starbursts die frühere Entstehung anderer Strukturen höherer Ordnung, wie zum Beispiel Balkengalaxien, erklären, als sie sollten?

Die Forschung wurde in Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.