Es erschien zunächst als leuchtender Fleck von bodengestützten Teleskopen und verschwand dann vollständig auf Bildern des Hubble-Weltraumteleskops. Jetzt ist das geisterhafte Objekt als schwache, aber deutlich erkennbare Galaxie auf einem Bild des James Webb Space Telescope (JWST) wieder aufgetaucht.
Astronomen der COSMOS-Web-Kollaboration haben das Objekt AzTECC71 als eine staubige Sternentstehungsgalaxie identifiziert. Oder mit anderen Worten, eine Galaxie, die damit beschäftigt ist, viele neue Sterne zu bilden, aber von einem Staubschleier umgeben ist, der schwer zu durchschauen ist – aus fast einer Milliarde Jahren nach dem Urknall. Diese Galaxien galten einst als äußerst selten im frühen Universum, aber diese Entdeckung sowie mehr als ein Dutzend weitere Kandidaten in der ersten Hälfte der COSMOS-Web-Daten, die noch in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben werden müssen, lassen darauf schließen, dass es sich um drei handeln könnte bis zu zehnmal so häufig wie erwartet.
„Dieses Ding ist ein echtes Monster“, sagte Jed McKinney, Postdoktorand an der University of Texas in Austin. „Obwohl es wie ein kleiner Klumpen aussieht, bildet es tatsächlich jedes Jahr Hunderte neuer Sterne. Und die Tatsache, dass selbst etwas so Extremes in den empfindlichsten Bildern unseres neuesten Teleskops kaum sichtbar ist, ist für mich so aufregend. Es ist möglicherweise aufschlussreich für uns.“ Es gibt eine ganze Population von Galaxien, die sich vor uns versteckt haben.
Sollte sich diese Schlussfolgerung bestätigen, deutet dies darauf hin, dass das frühe Universum viel staubiger war als bisher angenommen.
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse In Das Astrophysikalische Journal.
Ein Vergleich des Bildes von AzTECC71 des Hubble-Weltraumteleskops mit dem entsprechenden Bild des James-Webb-Weltraumteleskops. Bildnachweis: J. McKinney/M. Franco/C. Casey/Universität von Texas in Austin
Das COSMOS-Web-Projekt – die größte anfängliche JWST-Forschungsinitiative unter der gemeinsamen Leitung von Caitlin Casey, einer außerordentlichen Professorin an der UT Austin – zielt darauf ab, bis zu 1 Million Galaxien aus einem Teil des Himmels von der Größe von drei Vollmonden zu kartieren. Das Ziel besteht zum Teil darin, die frühesten Strukturen des Universums zu untersuchen. Das Team aus mehr als 50 Forschern erhielt im ersten Jahr des JWST 250 Stunden Beobachtungszeit und erhielt im Dezember 2022 einen ersten Datenstapel, weitere folgen bis Januar 2024.
Eine staubige Sternentstehungsgalaxie ist im optischen Licht schwer zu erkennen, da ein Großteil des Lichts ihrer Sterne von einem Staubschleier absorbiert und dann bei röteren (oder längeren) Wellenlängen wieder emittiert wird. Vor JWST bezeichneten Astronomen sie manchmal als „Hubble-dunkle Galaxien“, in Anspielung auf das zuvor empfindlichste Weltraumteleskop.
„Bisher konnten wir Galaxien im frühen Universum nur aus optischer Perspektive mit Hubble sehen“, sagte McKinney. „Das bedeutet, dass unser Verständnis der Geschichte der Galaxienentwicklung verzerrt ist, weil wir nur die unverhüllten, weniger staubigen Galaxien sehen.“
Diese Galaxie, AzTECC71, wurde erstmals als undeutlicher Staubklumpen von einer Kamera am James Clerk Maxwell Telescope auf Hawaii entdeckt, die Wellenlängen zwischen Ferninfrarot und Mikrowellen beobachtet. Als nächstes entdeckte das COSMOS-Web-Team das Objekt in Daten, die ein anderes Team mit dem ALMA-Teleskop in Chile gesammelt hatte, das über eine höhere räumliche Auflösung verfügt und im Infrarotbereich sehen kann. Dadurch konnten sie den Ort der Quelle eingrenzen. Als sie die JWST-Daten im Infrarotbereich bei einer Wellenlänge von 4,44 Mikrometern betrachteten, fanden sie an genau derselben Stelle eine schwache Galaxie. Bei kürzeren Lichtwellenlängen unter 2,7 Mikrometern war es unsichtbar.
Jetzt arbeitet das Team daran, weitere dieser schwachen JWST-Galaxien zu entdecken.
„Mit JWST können wir zum ersten Mal die optischen und infraroten Eigenschaften dieser stark von Staub verdeckten, verborgenen Galaxienpopulation untersuchen“, sagte McKinney, „weil sie so empfindlich ist, dass sie nicht nur in die entlegensten Winkel des Universums blicken kann.“ Universum, aber es kann auch die dichtesten Staubschleier durchdringen.
Das Team schätzt, dass die Galaxie bei einer Rotverschiebung von etwa 6 beobachtet wird, was etwa 900 Millionen Jahre nach dem Urknall entspricht.
Studienautoren von UT Austin sind McKinney, Casey, Olivia Cooper (Absolventin der National Science Foundation), Arianna Long (Hubble-Stipendiatin der NASA), Hollis Akins und Maximilien Franco.
Mehr Informationen:
Jed McKinney et al, Eine im nahen Infrarot schwache, im fernen Infrarot leuchtende Staubgalaxie bei z ∼ 5 in COSMOS-Web, Das Astrophysikalische Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/acf614