Astrophysiker bestätigen schwächste Galaxie, die jemals im frühen Universum gesehen wurde

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Astrophysikern der UCLA hat die Existenz der schwächsten Galaxie bestätigt, die jemals im frühen Universum gesehen wurde. Die Galaxie namens JD1 ist eine der am weitesten entfernten, die bisher identifiziert wurde, und sie ist typisch für die Arten von Galaxien, die durch den Nebel aus Wasserstoffatomen brannten, der nach dem Urknall übrig blieb, und Licht durch das Universum scheinen ließen und es zu dem formten, was heute existiert. Die Entdeckung wurde mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA gemacht, und die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Die ersten Milliarden Jahre des Universums

Die ersten Milliarden Jahre des Lebens des Universums waren eine entscheidende Phase in seiner Evolution. Nach dem Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren dehnte sich das Universum aus und kühlte ausreichend ab, um Wasserstoffatome zu bilden. Wasserstoffatome absorbieren ultraviolette Photonen von jungen Sternen. Bis zur Geburt der ersten Sterne und Galaxien wurde das Universum jedoch dunkel und trat in eine Phase ein, die als kosmische Dunkelheit bekannt ist. Das Auftreten der ersten Sterne und Galaxien einige hundert Millionen Jahre später badete das Universum in energiereichem ultraviolettem Licht, das den Wasserstoffnebel zu brennen begann oder ionisierte. Das ermöglichte wiederum Photonen, durch den Raum zu reisen, und machte das Universum transparent. Die Bestimmung der Arten von Galaxien, die in dieser Epoche, die als Epoche der Reionisation bezeichnet wird, dominierten, ist ein wichtiges Ziel in der Astronomie heute, aber bis zur Entwicklung des Webb-Teleskops fehlten den Wissenschaftlern die empfindlichen Infrarotinstrumente, die erforderlich sind, um die erste Generation von Galaxien zu untersuchen.

Ultra-schwache Galaxien wie JD1

„Die meisten mit JWST gefundenen Galaxien sind helle Galaxien, die selten sind und nicht besonders repräsentativ für die jungen Galaxien sind, die das frühe Universum bevölkerten“, sagte Guido Roberts-Borsani, ein Postdoktorand an der UCLA und der erste Autor der Studie. „Als solche sind sie zwar wichtig, aber sie gelten nicht als die Hauptakteure, die durch all diesen Wasserstoffnebel gebrannt sind. Ultra-schwache Galaxien wie JD1 sind dagegen weitaus zahlreicher, weshalb wir glauben, dass sie repräsentativer für die Galaxien sind, die den Reionisationsprozess durchgeführt haben, der ultraviolettes Licht ermöglicht hat, ungehindert durch Raum und Zeit zu reisen.“

Die Entdeckung von JD1

JD1 ist so schwach und so weit entfernt, dass es ohne ein leistungsstarkes Teleskop und eine helfende Hand von der Natur schwierig zu untersuchen ist. JD1 befindet sich hinter einem großen Cluster von nahe gelegenen Galaxien namens Abell 2744, dessen kombinierte Gravitationskraft das Licht von JD1 biegt und verstärkt, so dass es größer und 13-mal heller erscheint, als es sonst wäre. Der Effekt, der als Gravitationslinseneffekt bekannt ist, ähnelt der Art und Weise, wie eine Lupe das Licht in ihrem Sichtfeld verzerrt und verstärkt. Ohne Gravitationslinseneffekt wäre JD1 wahrscheinlich übersehen worden.

Das Team nutzte das Nahinfrarotspektrographen-Instrument NIRSpec des Webb-Teleskops, um ein Infrarotlichtspektrum der Galaxie zu erhalten, das es ihnen ermöglichte, ihr genaues Alter und ihre Entfernung von der Erde sowie die Anzahl der Sterne und die Menge an Staub und schweren Elementen zu bestimmen, die sie in ihrer relativ kurzen Lebenszeit gebildet hat. Die Kombination aus der Gravitationsvergrößerung der Galaxie und neuen Bildern eines anderen Nahinfrarotinstruments des Webb-Teleskops, NIRCam, ermöglichte es dem Team auch, die Struktur der Galaxie in beispiellosem Detail und Auflösung zu untersuchen und drei Hauptclumps aus Staub und Gas zu enthüllen, die Sterne bilden.

Das Team nutzte die neuen Daten, um das Licht von JD1 bis zu seiner ursprünglichen Quelle und Form zurückzuverfolgen und eine kompakte Galaxie zu enthüllen, die nur einen Bruchteil der Größe älterer Galaxien wie der Milchstraße hat, die 13,6 Milliarden Jahre alt ist. Da das Licht Zeit braucht, um zur Erde zu gelangen, wird JD1 gesehen, wie es vor etwa 13,3 Milliarden Jahren war, als das Universum nur etwa 4% seines gegenwärtigen Alters hatte.

Original article Teaser

Astrophysicists confirm the faintest galaxy ever seen in the early universe

An international research team led by UCLA astrophysicists has confirmed the existence of the faintest galaxy ever seen in the early universe. The galaxy, called JD1, is one of the most distant identified to date, and it is typical of the kinds of galaxies that burned through the fog of hydrogen atoms left over from the Big Bang, letting light shine through the universe and shaping it into what exists today. The discovery was made using NASA’s James Webb Space Telescope, and the findings are published in the journal Nature. The first billion years of the universe’s life were a crucial period in its evolution. After the Big Bang, approximately 13.8 billion years ago, the universe expanded and cooled sufficiently for hydrogen

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