Astronomenteam entdeckt Galaxie, die nicht existieren sollte

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Tim Carleton, stellvertretender Forschungswissenschaftler der Arizona State University, hat eine Zwerggalaxie entdeckt, die in Bildern des James Webb-Weltraumteleskops auftauchte und nicht das primäre Beobachtungsziel war.

Galaxien sind durch die Schwerkraft miteinander verbunden und bestehen aus Sternen und Planeten mit riesigen Wolken aus Staub und Gas sowie dunkler Materie. Zwerggalaxien sind die am häufigsten vorkommenden Galaxien im Universum und per Definition klein und weisen eine geringe Leuchtkraft auf. Sie haben weniger als 100 Millionen Sterne, während die Milchstraße beispielsweise fast 200 Milliarden Sterne hat.

Jüngste Zwerggalaxienbeobachtungen über die Häufigkeit von „ultradiffusen Galaxien“, die außerhalb der Reichweite früherer großer spektroskopischer Untersuchungen liegen, legen nahe, dass unser Verständnis der Zwerggalaxienpopulation möglicherweise unvollständig ist.

In einer neu veröffentlichten Studie untersuchten Carleton und das Team zunächst einen Galaxienhaufen im Rahmen des JWST-Projekts Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS).

Die Zwerggalaxie PEARLSDG tauchte zufällig in einigen JWST-Bildern des Teams auf. Es war überhaupt nicht das Ziel – nur etwas abseits des Hauptbeobachtungsfeldes, in dem Bereich des Weltraums, in dem sie nicht damit gerechnet hatten, etwas zu sehen.

Ihre Ergebnisse waren veröffentlicht im Astrophysikalische Tagebuchbriefe.

PEARLSDG hatte nicht die üblichen Eigenschaften einer Zwerggalaxie, die man erwarten würde. Es interagiert nicht mit einer nahegelegenen Galaxie, bildet aber auch keine neuen Sterne. Wie sich herausstellt, handelt es sich um einen interessanten Fall einer isolierten ruhenden Galaxie.

„Diese Art von isolierten, ruhenden Zwerggalaxien wurden bis auf relativ wenige Fälle bisher nicht wirklich gesehen. Angesichts unseres derzeitigen Verständnisses der Galaxienentwicklung wird nicht wirklich erwartet, dass sie existieren. Die Tatsache, dass wir dieses Objekt sehen, hilft uns daher, unsere Theorien dafür zu verbessern.“ Galaxienentstehung“, sagte Carleton. „Im Allgemeinen bilden Zwerggalaxien, die für sich allein stehen, weiterhin neue Sterne.“

Bisher zeigten die Erkenntnisse der Astronomen über die Galaxienentwicklung, dass eine isolierte Galaxie weiterhin junge Sterne bildete, andernfalls würde sie mit einer massereicheren Begleitgalaxie interagieren. Diese Theorie traf nicht auf PEARLSDG zu, da es sich um eine alte Sternpopulation handelt, die keine neuen Sterne bildet und zudem unter sich bleibt.

Eine weitere Überraschung ist, dass in den JWST-Bildern des Teams einzelne Sterne beobachtet werden können. Diese Sterne sind in JWST-Wellenlängen heller; Es ist eine der am weitesten entfernten Galaxien, in der wir diese Sterne mit dieser Detailgenauigkeit sehen können. Die Helligkeit dieser Sterne ermöglicht es Astronomen, ihre Entfernung zu messen – 98 Millionen Lichtjahre.

Für diese Studie nutzten Carleton, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Beus Center for Cosmic Foundations an der School of Earth and Space Exploration der ASU arbeitet, und das Team eine breite Palette von Daten.

Dazu gehören Bilddaten der Near-InfraRed Camera (NIRCam) von JWST; spektroskopische Daten vom DeVeney Optical Spectrograph am Lowell Discovery Telescope in Flagstaff, Arizona; Archivbilder der NASA-Weltraumteleskope Galex und Spitzer; und bodengestützte Bilder aus dem Sloan Digital Sky Survey und dem Dark Energy Camera Legacy Survey.

Die NIRCam von JWST verfügt über eine sehr hohe Winkelauflösung und Empfindlichkeit, sodass das Team einzelne Sterne in dieser fernen Galaxie identifizieren kann. So wie einzelne Zellen unter einem Mikroskop scharf sichtbar werden, rückten diese Beobachtungen die Bestandteile von PEARLSDG scharf in den Fokus.

Wichtig ist, dass die Identifizierung bestimmter Sterne im Bild einen wichtigen Hinweis auf ihre Entfernung lieferte – diese Sterne haben eine bestimmte intrinsische Helligkeit, sodass das Team durch Messung ihrer scheinbaren Helligkeit mit JWST bestimmen konnte, wie weit sie entfernt sind. Es stellte sich heraus, dass diese Sterne zu den am weitesten entfernten Sternen ihrer Art gehörten, die jemals beobachtet wurden.

Alle archivierten Bilddaten, die bei ultravioletten, optischen und infraroten Wellenlängen beobachtet wurden, wurden zusammengeführt, um die Farbe von PEARLSDG zu untersuchen. Neu entstandene Sterne haben eine spezifische Farbsignatur, daher wurde das Fehlen einer solchen Signatur genutzt, um zu zeigen, dass PEARLSDG keine neuen Sterne bildete.

Der DeVeney-Spektrograph am Lowell Discovery Telescope zerlegt das Licht astronomischer Objekte in seine einzelnen Bestandteile und ermöglicht es Astronomen, seine Eigenschaften im Detail zu untersuchen. Beispielsweise kodiert die spezifische Wellenlängenverschiebung, die in Merkmalen in den spektroskopischen Daten beobachtet wird, Informationen über die Bewegung von PEARLSDG und nutzt dabei den gleichen Doppler-Effekt, den Radarpistolen nutzen, um die Geschwindigkeit von Autofahrern auf Straßen in Arizona zu messen.

Dies war der Schlüssel zum Nachweis, dass PEARLSDG mit keiner anderen Galaxie assoziiert und wirklich isoliert ist.

Darüber hinaus reagieren bestimmte Merkmale im Spektrum empfindlich auf die Anwesenheit junger Sterne, so dass das Fehlen dieser Merkmale die Messungen der Abwesenheit junger Sterne in den Bilddaten weiter bestätigte.

„Das widersprach absolut den Erwartungen der Menschen an eine Zwerggalaxie wie diese“, sagte Carleton.

Diese Entdeckung verändert das Verständnis der Astronomen darüber, wie Galaxien entstehen und sich entwickeln. Dies legt die Möglichkeit nahe, dass viele isolierte ruhende Galaxien darauf warten, identifiziert zu werden, und dass JWST über die Werkzeuge dazu verfügt.

Diese Forschung wurde im Januar vorgestellt 243 AAS-Pressekonferenz: Kuriositäten am Himmel,