Astronomen bestätigen, dass Maisies Galaxie zu den frühesten gehört, die jemals beobachtet wurden

Dank des James-Webb-Weltraumteleskops haben Astronomen, die auf der Suche nach einigen der frühesten Galaxien sind, die jemals gesichtet wurden, nun bestätigt, dass eine im letzten Sommer erstmals entdeckte Galaxie tatsächlich zu den frühesten überhaupt gehört. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.

Folgebeobachtungen seit der ersten Entdeckung der Maisie-Galaxie haben ergeben, dass sie 390 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden ist. Obwohl das nicht ganz so früh ist, wie das Team um den Astronomen Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin letzten Sommer erstmals vermutete, handelt es sich dennoch um eine der vier frühesten bestätigten Galaxien, die beobachtet wurden.

„Das Aufregende an Maisies Galaxie ist, dass sie eine der ersten entfernten Galaxien war, die vom JWST identifiziert wurden, und von dieser Gruppe ist sie die erste, die tatsächlich spektroskopisch bestätigt wurde“, sagte Finkelstein, Professor für Astronomie an der UT Austin und Autor von der Nature-Artikel und leitender Forscher des Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS). Er benannte die Galaxie nach seiner Tochter, als sie an ihrem Geburtstag entdeckt wurde.

Die neueste Analyse wurde vom Erstautor Pablo Arrabal Haro geleitet, einem Postdoktoranden am National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory der National Science Foundation. Co-Autoren von UT Austin sind neben Finkelstein Caitlin Casey, Micaela Bagley, Katherine Chworowsky und Seiji Fujimoto.

Das CEERS-Team untersucht derzeit etwa zehn weitere Galaxien, die möglicherweise aus einer noch früheren Ära als der von Maisie stammen.

Objekte im Weltraum werden nicht mit einem Zeitstempel versehen. Um abzuleiten, wann das von uns beobachtete Licht ein Objekt verlassen hat, messen Astronomen dessen Rotverschiebung, also den Betrag, um den sich seine Farbe aufgrund seiner Bewegung von uns weg verschoben hat. Da wir in einem expandierenden Universum leben, ist die Rotverschiebung eines Objekts umso höher, je weiter wir in die Vergangenheit blicken.

Die ursprünglichen Schätzungen der Rotverschiebungen (und damit der Zeiten nach dem Urknall) basierten auf Photometrie, der Helligkeit des Lichts in Bildern unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Breitfrequenzfiltern. Diese Schätzungen wurden anhand von Daten vorgenommen, die CEERS während der ursprünglich für die erste Beobachtungssaison des Teleskops vorgesehenen Zeit gesammelt hatte.

Um eine genauere Schätzung zu erhalten, beantragte das CEERS-Team Folgemessungen mit dem spektroskopischen Instrument NIRSpec von JWST, das das Licht eines Objekts in viele verschiedene schmale Frequenzen aufteilt, um dessen chemische Zusammensetzung, Wärmeabgabe, Eigenhelligkeit und Relativbewegung genauer zu bestimmen. Laut dieser neuesten spektroskopischen Analyse weist Maisies Galaxie eine Rotverschiebung von z=11,4 auf.

Diese Studie untersuchte auch CEERS-93316, eine Galaxie, die ursprünglich in öffentlich zugänglichen CEERS-Daten von einem Team unter Leitung der Universität Edinburgh gefunden wurde und ursprünglich schätzungsweise atemberaubende 250 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet wurde. Bei einer weiteren Analyse stellte das Team fest, dass CEERS-93316 eine bescheidenere Rotverschiebung von z=4,9 aufweist, was etwa einer Milliarde Jahre nach dem Urknall entspricht.

Es stellte sich heraus, dass heißes Gas in CEERS-93316 in einigen schmalen Frequenzbändern, die mit Sauerstoff und Wasserstoff in Verbindung stehen, so viel Licht aussendete, dass die Galaxie dadurch viel blauer erschien, als sie tatsächlich war. Dieser Blaustich ahmte die Signatur nach, die Finkelstein und andere in sehr frühen Galaxien erwarteten. Dies ist auf eine Eigenart der photometrischen Methode zurückzuführen, die nur bei Objekten mit einer Rotverschiebung von etwa 4,9 auftritt. Finkelstein sagt, das sei ein Fall von Pech gewesen.

„Das war ein seltsamer Fall“, sagte Finkelstein. „Von den vielen Dutzend Kandidaten mit hoher Rotverschiebung, die spektroskopisch beobachtet wurden, ist dies der einzige Fall, bei dem die tatsächliche Rotverschiebung viel geringer ist als unsere ursprüngliche Vermutung.“

Diese Galaxie sieht nicht nur unnatürlich blau aus, sie ist auch viel heller, als unsere aktuellen Modelle für Galaxien vorhersagen, die so früh im Universum entstanden sind.

„Es wäre wirklich schwierig gewesen zu erklären, wie das Universum so schnell eine so massereiche Galaxie erschaffen konnte“, sagte Finkelstein. „Ich denke also, dass dies wahrscheinlich immer das wahrscheinlichste Ergebnis war, weil es so extrem, so hell und bei einer scheinbar hohen Rotverschiebung war.“