Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops hat ein internationales Team, darunter der Astronom Alexander de la Vega von der University of California, Riverside, die am weitesten entfernte Balkenspiralgalaxie entdeckt, die der Milchstraße ähnelt und bisher beobachtet wurde.
Bisher ging man davon aus, dass Balkenspiralgalaxien wie die Milchstraße nicht beobachtet werden können, bevor das auf 13,8 Milliarden Jahre geschätzte Universum die Hälfte seines heutigen Alters erreicht hat.
Die Forschung, veröffentlicht in Natur diese Wochewurde von Wissenschaftlern des Centro de Astrobiología in Spanien geleitet.
„Diese Galaxie mit dem Namen ceers-2112 entstand kurz nach dem Urknall“, sagte Co-Autor de la Vega, ein Postdoktorand in der Abteilung für Physik und Astronomie. „Der Fund von ceers-2112 zeigt, dass Galaxien im frühen Universum so geordnet sein könnten wie die Milchstraße. Das ist überraschend, da Galaxien im frühen Universum viel chaotischer waren und nur sehr wenige ähnliche Strukturen wie die Milchstraße hatten.“
Ceers-2112 hat eine Bar in der Mitte. De la Vega erklärte, dass ein galaktischer Balken eine Struktur aus Sternen innerhalb von Galaxien ist. Galaktische Riegel ähneln Riegeln in unserem Alltag, beispielsweise einem Schokoriegel. Es sei möglich, Balken in Nicht-Spiralgalaxien zu finden, sagte er, aber sie seien sehr selten.
„Fast alle Balken kommen in Spiralgalaxien vor“, sagte de la Vega, der letztes Jahr nach seinem Doktortitel in Astronomie an der Johns Hopkins University zu UCR kam. „Der Balken in Ceers-2112 deutet darauf hin, dass Galaxien viel schneller heranreiften und geordnet wurden, als wir bisher dachten, was bedeutet, dass einige Aspekte unserer Theorien zur Galaxienentstehung und -entwicklung überarbeitet werden müssen.“
Das bisherige Verständnis der Astronomen über die Galaxienentwicklung war, dass es mehrere Milliarden Jahre dauerte, bis die Galaxien so geordnet waren, dass sich Balken entwickelten.
„Die Entdeckung von Ceers-2112 zeigt, dass dies in nur einem Bruchteil dieser Zeit geschehen kann, in etwa einer Milliarde Jahren oder weniger“, sagte de la Vega.
Ihm zufolge entstehen galaktische Balken vermutlich in Spiralgalaxien mit Sternen, die in geordneter Weise rotieren, so wie sie es in der Milchstraße tun.
„In solchen Galaxien können sich aufgrund von Instabilitäten in der Spiralstruktur oder Gravitationseffekten einer Nachbargalaxie spontan Balken bilden“, sagte de la Vega. „In der Vergangenheit, als das Universum noch sehr jung war, waren Galaxien instabil und chaotisch. Man glaubte, dass sich in Galaxien im frühen Universum keine Balken bilden oder lange bestehen könnten.“
Es wird erwartet, dass die Entdeckung von Ceers-2112 mindestens zwei Aspekte der Astronomie verändern wird.
„Erstens müssen theoretische Modelle der Galaxienentstehung und -entwicklung berücksichtigen, dass einige Galaxien schon sehr früh in der Geschichte des Universums stabil genug werden, um Balken zu beherbergen“, sagte de la Vega. „Diese Modelle müssen möglicherweise anpassen, wie viel dunkle Materie Galaxien im frühen Universum ausmacht, da angenommen wird, dass dunkle Materie die Geschwindigkeit beeinflusst, mit der sich Balken bilden. Zweitens zeigt die Entdeckung von Ceers-2112, dass Strukturen wie Balken erkannt werden können, wenn.“ Das Universum war sehr jung. Das ist wichtig, weil Galaxien in der fernen Vergangenheit kleiner waren als heute, was das Auffinden von Balken schwieriger macht. Die Entdeckung von Ceers-2112 ebnet den Weg für die Entdeckung weiterer Balken im jungen Universum.“
Dr. de la Vega half dem Forschungsteam bei der Schätzung der Rotverschiebung und der Eigenschaften von Ceers-2112. Er trug auch zur Interpretation der Messungen bei.
„Rotverschiebung ist eine beobachtbare Eigenschaft einer Galaxie, die angibt, wie weit sie entfernt ist und wie weit zurück in der Zeit die Galaxie gesehen wird, was eine Folge der endlichen Lichtgeschwindigkeit ist“, sagte er.
Was de la Vega an der Entdeckung von Ceers-2112 am meisten überraschte, war, wie gut die Eigenschaften seines Barrens eingeschränkt werden konnten.
„Anfangs dachte ich, die Erkennung und Schätzung der Eigenschaften von Balken in Galaxien wie Ceers-2112 wäre mit Messunsicherheiten behaftet“, sagte er. „Aber die Leistung des James Webb-Weltraumteleskops und die Expertise unseres Forschungsteams haben uns dabei geholfen, der Größe und Form des Balkens starke Grenzen zu setzen.“
Mehr Informationen:
Luca Costantin et al., Eine milchstraßenähnliche Balkenspiralgalaxie mit einer Rotverschiebung von 3, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06636-x