Eine Schatzkammer unsichtbarer Sterne jenseits des „Drachenbogens“

Der Blick in die Mitte des beobachtbaren Universums und die Erwartung, einzelne Sterne zu sehen, gilt in der Astronomie als Nichtstarter, so als würde man mit einem Fernglas auf den Mond blicken, in der Hoffnung, einzelne Staubkörner in seinen Kratern zu entdecken. Dank einer kosmischen Laune der Natur gelang einem internationalen Team von Astronomen jedoch genau das.

Mit dem James Webb Space Telescope (JWST) der NASA untersuchte der Postdoktorand Fengwu Sun am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) und sein Team beobachteten eine Galaxie, die fast 6,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt war, zu einer Zeit, als das Universum halb so alt war wie heute. In dieser fernen Galaxie identifizierte das Team 44 einzelne Sterne, die dank eines als Gravitationslinseneffekt bekannten Effekts und der hohen Lichtsammelleistung von JWST sichtbar gemacht wurden.

Veröffentlicht im Tagebuch NaturastronomieDie Entdeckung markiert diese rekordverdächtige Leistung – die größte Anzahl einzelner Sterne, die im fernen Universum entdeckt wurden. Es bietet auch eine Möglichkeit, eines der größten Geheimnisse des Universums zu erforschen: die Dunkle Materie.

„Diese bahnbrechende Entdeckung zeigt zum ersten Mal, dass die Untersuchung einer großen Anzahl einzelner Sterne in einer entfernten Galaxie möglich ist“, sagte Sun, einer der Mitautoren der Studie.

„Während frühere Studien mit dem Hubble-Weltraumteleskop etwa sieben Sterne fanden, haben wir jetzt die Möglichkeit, Sterne aufzulösen, die zuvor außerhalb unserer Möglichkeiten lagen. Wichtig ist, dass die Beobachtung weiterer einzelner Sterne uns auch dabei helfen wird, die dunkle Materie in der Linsenebene dieser Sterne besser zu verstehen.“ Galaxien und Sterne, was uns mit nur einer Handvoll einzelner Sterne, die zuvor beobachtet wurden, nicht möglich war.

CfAs Sun entdeckte diese Schatzkammer an Sternen bei der Untersuchung von JWST-Bildern einer Galaxie namens Dragon Arc, die sich entlang der Sichtlinie von der Erde hinter einem massiven Galaxienhaufen namens Abell 370 befindet. Aufgrund seines Gravitationslinseneffekts dehnt Abell 370 die Galaxie aus Die charakteristische Spirale von Dragon Arc nimmt eine längliche Form an – wie ein Spiegelkabinett kosmischer Ausmaße.

Das Forschungsteam analysierte sorgfältig die Farben aller Sterne im Drachenbogen und stellte fest, dass es sich bei vielen um rote Überriesen handelt, ähnlich wie Beteigeuze im Sternbild Orion, der sich in der Endphase seines Lebens befindet. Dies steht im Gegensatz zu früheren Entdeckungen, bei denen überwiegend blaue „Überriesen“ ähnlich wie Rigel und Deneb identifiziert wurden, die zu den hellsten Sternen am Nachthimmel gehören.

Laut den Forschern unterstreicht dieser Unterschied in den Sterntypen auch die einzigartige Leistung von JWST-Beobachtungen im Infrarotwellenlängenbereich, die Sterne bei niedrigeren Temperaturen aufdecken könnten.

„Als wir diese einzelnen Sterne entdeckten, waren wir eigentlich auf der Suche nach einer Hintergrundgalaxie, die durch die Galaxien in diesem massiven Haufen vergrößert wird“, sagte Sun. „Aber als wir die Daten verarbeiteten, stellten wir fest, dass es scheinbar viele einzelne Sternpunkte gab. Es war ein aufregender Fund, weil es das erste Mal war, dass wir so viele einzelne Sterne in so großer Entfernung sehen konnten.“

Vor allem Sun freut sich auf die nächste Gelegenheit, diese roten Überriesen zu studieren.

„Wir wissen mehr über Rote Überriesen in unserer lokalen galaktischen Nachbarschaft, weil sie näher sind und wir bessere Bilder und Spektren machen und manchmal sogar die Sterne auflösen können. Wir können das Wissen, das wir aus der Untersuchung von Roten Überriesen im lokalen Universum gewonnen haben, nutzen, um.“ In zukünftigen Studien interpretieren wir, was als nächstes für sie in einer so frühen Epoche der Galaxienentstehung passiert.

Die meisten Galaxien, einschließlich der Milchstraße, enthalten Dutzende Milliarden Sterne. In nahegelegenen Galaxien wie der Andromedagalaxie können Astronomen Sterne einzeln beobachten. In Galaxien, die Milliarden Lichtjahre entfernt sind, scheinen Sterne jedoch miteinander vermischt zu sein, da ihr Licht Milliarden von Lichtjahren zurücklegen muss, bevor es uns erreicht, was eine langjährige Herausforderung für Wissenschaftler darstellt, die untersuchen, wie Galaxien entstehen und sich entwickeln.

„Für uns sehen sehr weit entfernte Galaxien normalerweise wie ein diffuser, unscharfer Fleck aus“, sagte der leitende Studienautor Yoshinobu Fudamoto, Assistenzprofessor an der Chiba-Universität in Japan. „Aber eigentlich bestehen diese Klumpen aus vielen, vielen einzelnen Sternen. Wir können sie mit unseren Teleskopen einfach nicht auflösen.“

Jüngste Fortschritte in der Astronomie haben neue Möglichkeiten durch die Nutzung der Gravitationslinse eröffnet – einem natürlichen Vergrößerungseffekt, der durch die starken Gravitationsfelder massiver Objekte verursacht wird. Wie von Albert Einstein vorhergesagt, können Gravitationslinsen das Licht entfernter Sterne um den Faktor Hundert oder sogar Tausend verstärken, sodass sie mit empfindlichen Instrumenten wie JWST erkennbar sind.

„Diese Erkenntnisse beschränkten sich typischerweise auf nur einen oder zwei Sterne pro Galaxie“, sagte Fudamoto. „Um Sternpopulationen statistisch aussagekräftig zu untersuchen, brauchen wir viel mehr Beobachtungen einzelner Sterne.“

Zukünftige JWST-Beobachtungen werden voraussichtlich stärker vergrößerte Sterne in der Dragon Arc-Galaxie erfassen. Diese Bemühungen könnten zu detaillierten Studien von Hunderten von Sternen in fernen Galaxien führen. Darüber hinaus könnten Beobachtungen einzelner Sterne Einblicke in die Struktur von Gravitationslinsen liefern und sogar Licht auf die schwer fassbare Natur der Dunklen Materie werfen.