Unser Verständnis der Entstehung von Galaxien und der Natur der Dunklen Materie könnte völlig auf den Kopf gestellt werden, nachdem neue Beobachtungen einer Sternpopulation vor mehr als 11 Milliarden Jahren stattgefunden haben, die größer als die Milchstraße ist und eigentlich nicht existieren sollte.
Ein Papier veröffentlicht heute in Natur Einzelheiten zu den Erkenntnissen anhand neuer Daten des James Webb Space Telescope (JWST). Die Ergebnisse zeigen, dass eine massereiche Galaxie im frühen Universum – die vor 11,5 Milliarden Jahren beobachtet wurde (eine kosmische Rotverschiebung von 3,2) – eine extrem alte Population von Sternen aufweist, die viel früher entstanden sind – 1,5 Milliarden Jahre früher (eine Rotverschiebung von etwa 11). Die Beobachtung stellt aktuelle Modellierungen auf den Kopf, da sich nicht genügend dunkle Materie in ausreichender Konzentration angesammelt hat, um ihre Entstehung zu ermöglichen.
Der angesehene Professor Karl Glazebrook von der Swinburne University of Technology leitete die Studie und das internationale Team, das das JWST für spektroskopische Beobachtungen dieser massiven ruhenden Galaxie nutzte.
„Wir haben diese besondere Galaxie sieben Jahre lang gejagt und Stunden damit verbracht, sie mit den beiden größten Teleskopen der Erde zu beobachten, um herauszufinden, wie alt sie war. Aber sie war zu rot und zu schwach, und wir konnten sie nicht messen.“ Am Ende mussten wir die Erde verlassen und das JWST nutzen, um ihre Natur zu bestätigen.“
Die Entstehung von Galaxien ist ein grundlegendes Paradigma der modernen Astrophysik und sagt einen starken Rückgang der Zahl massereicher Galaxien in frühen kosmischen Zeiten voraus. Extrem massereiche ruhende Galaxien wurden mittlerweile bereits ein bis zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall beobachtet, was frühere theoretische Modelle in Frage stellt.
Der angesehene Professor Glazebrook arbeitete mit führenden Forschern auf der ganzen Welt zusammen, darunter Dr. Themiya Nanayakkara, Dr. Lalitwadee Kawinwanichakij, Dr .
„Dies war im Wesentlichen eine Teamleistung, angefangen bei den Infrarot-Himmelsdurchmusterungen, die wir 2010 begannen und die dazu führten, dass wir diese Galaxie als ungewöhnlich identifizierten, bis hin zu unseren vielen Stunden am Keck and Very Large Telescope, wo wir es versuchten, es aber bis dahin nicht bestätigen konnten schließlich das letzte Jahr, in dem wir enorme Anstrengungen unternommen haben, um herauszufinden, wie wir die JWST-Daten verarbeiten und dieses Spektrum analysieren können.“
Dr. Themiya Nanayakkara, der die Spektralanalyse der JWST-Daten leitete, sagt: „Wir gehen jetzt über das Mögliche hinaus, um die ältesten massiven ruhenden Monster zu bestätigen, die tief im Universum existieren. Dies verschiebt die Grenzen unseres aktuellen Verständnisses davon.“ Galaxien entstehen und entwickeln sich. Die entscheidende Frage ist nun, wie sie sich sehr früh im Universum so schnell bilden und welche mysteriösen Mechanismen dazu führen, dass sie abrupt daran gehindert werden, Sterne zu bilden, während der Rest des Universums dies tut.“
Die außerordentliche Professorin Claudia Lagos vom Knotenpunkt der University of Western Australia des International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) war maßgeblich an der Entwicklung der theoretischen Modellierung der Entwicklung der Konzentrationen dunkler Materie für die Studie beteiligt.
„Die Bildung von Galaxien wird zu einem großen Teil davon bestimmt, wie sich die dunkle Materie konzentriert“, sagt sie. „Das Vorhandensein dieser extrem massereichen Galaxien so früh im Universum stellt unser Standardmodell der Kosmologie vor große Herausforderungen. Das liegt daran, dass wir nicht glauben, dass solch massereiche Strukturen aus dunkler Materie, die diese massereichen Galaxien beherbergen, noch Zeit hatten, sich zu bilden. Weitere Beobachtungen.“ sind erforderlich, um zu verstehen, wie häufig diese Galaxien vorkommen, und um zu verstehen, wie massiv diese Galaxien wirklich sind.
Glazebrook hofft, dass dies eine neue Öffnung für unser Verständnis der Physik der Dunklen Materie sein könnte, und erklärt: „JWST hat zunehmend Hinweise darauf gefunden, dass sich massereiche Galaxien früh in der Zeit bilden. Dieses Ergebnis stellt einen neuen Rekord für dieses Phänomen dar. Obwohl es sehr auffällig ist.“ , es ist nur ein Objekt. Aber wir hoffen, mehr zu finden, und wenn wir das tun, wird dies unsere Vorstellungen von der Galaxienentstehung wirklich durcheinander bringen.“
Mehr Informationen:
Karl Glazebrook et al., Eine massereiche Galaxie, die ihre Sterne bei z ~ 11 bildete, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07191-9. An arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.05606