Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops haben Wissenschaftler eine uralte und weit entfernte Galaxie entdeckt, die Hinweise auf eine entscheidende Übergangsperiode liefert, die es dem frühen Universum möglicherweise ermöglicht hat, früher als bislang angenommen aus seinem „dunklen Zeitalter“ hervorzutreten.
Den Angaben der Forscher zufolge entdeckte das Teleskop – das in die Vergangenheit blickt, indem es in die Tiefen des Universums späht – eine Galaxie namens JADES-GS-z13-1, wie sie etwa 330 Millionen Jahre nach dem Urknall aussah, der vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattfand. Zum Vergleich: Die Erde ist etwa 4,5 Milliarden Jahre alt.
Man geht davon aus, dass sich das Universum innerhalb von Sekundenbruchteilen nach dem Urknall rasant ausgedehnt hat. Nachdem es ausreichend abgekühlt war, durchlief es eine Phase, die als kosmisches dunkles Zeitalter bekannt ist und in der es in einen dichten Nebel aus neutralem Wasserstoff getaucht war. Darauf folgte die Ära der Reionisierung, als Licht begann, diesen Nebel zu durchdringen. Das Webb-Teleskop fand Hinweise darauf, dass die Galaxie JADES-GS-z13-1 diese Phase bereits erreicht hatte.
Joris Witstok, Astrophysiker am Zentrum für den Ursprung des Universums von der Universität Kopenhagen und dem Niels-Bohr-Institut, sagte:
« Das Webb-Teleskop hat bestätigt, dass JADES-GS-z13-1 eine der am weitesten entfernten bisher bekannten Galaxien ist. »
Co-Leitautor der in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Natur, fügt Witstok hinzu:
« Im Gegensatz zu anderen weit entfernten Galaxien weist diese Galaxie sehr deutliche Anzeichen einer starken Quelle hochenergetischer Ultraviolettstrahlung auf, was darauf schließen lässt, dass der Prozess der Reionisierung viel früher als erwartet begonnen hat. »
Ein noch immer ungelöstes Rätsel
Die Zeit, in der die ersten Sterne, schwarzen Löcher und Galaxien entstanden, wird als kosmische Morgendämmerung bezeichnet. Während dieser Phase veränderten die emittierten UV-Strahlen die Chemie des neutralen Wasserstoffs und leiteten einen Reionisierungsprozess ein, der es dem Licht ermöglichte, frei zu zirkulieren und das Universum zu erleuchten.
Kevin Hainline, Astrophysiker am Steward Observatory der University of Arizona und Co-Autor der Studie, erklärt:
« Nach dem Urknall war das Universum eine Mischung aus Wasserstoff- und Heliumgasen sowie dunkler Materie, die allmählich abkühlte. » Das Universum wurde dann für UV-Strahlen völlig undurchlässig. Wasserstoff schwebte in neutraler Form, jedes Atom war an ein Elektron gebunden. »
Er fügt hinzu:
« Als sich aus diesem Gas die ersten Sterne und Galaxien bildeten, begannen die von jungen Sternen und wachsenden massereichen Schwarzen Löchern ausgesandten UV-Strahlen den Wasserstoff zu ionisieren. » „Über Hunderte von Millionen Jahren hat sich das Universum von Dunkelheit zu Licht gewandelt.»
Die Forscher sagen, dass das von Webb registrierte Licht von intensiver Sternentstehung im Kern der Galaxie oder von der Anwesenheit eines wachsenden supermassiven Schwarzen Lochs oder sogar von einer Kombination aus beidem stammen könnte.
Die Galaxie JADES-GS-z13-1 hat einen Durchmesser von etwa 230 Lichtjahren – sie ist hundertmal kleiner als die Milchstraße. (Ein Lichtjahr sind 9,5 Billionen Kilometer.)
Das James-Webb-Teleskop wurde 2022 von der NASA gestartet und ist seit 2023 in Betrieb. Es ermöglicht ein tieferes Verständnis des frühen Universums.
Bisher wurden nur vier ältere Galaxien beobachtet, darunter die aktuelle Rekordhalterin, die 294 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet wurde – ohne Anzeichen einer Reionisierung.
Die überraschende Entdeckung von Anzeichen einer Reionisierung in Form einer Blase aus ionisiertem Wasserstoff in JADES-GS-z13-1 erstaunte die Wissenschaftler, da man zuvor angenommen hatte, dass dieses Phänomen viel später begann.
