Astronomen haben das am weitesten entfernte Beispiel einer Galaxie im Universum entdeckt, die unserer eigenen Galaxie ähnelt – die Milchstraße. Als das Universum erst 2 Milliarden Jahre alt war, schien die neu entdeckte Spiralgalaxie Ceers-2112 einen Streifen aus Sternen und Gas durch ihr Herz gezogen zu haben, wie ein Strich auf einem Rauchverbotsschild. Die Milchstraße, ebenfalls eine Spiralgalaxie, hat ein ähnliches Band. Wissenschaftler vermuten, dass sich das Band der Milchstraße zylindrisch dreht, wie ein Toilettenpapierhalter, wenn man das Toilettenpapier abrollt, wodurch Gas in das Zentrum der Galaxie geleitet wird und es zu Sternentstehungsschüben kommt.
Bisher gingen Astronomen davon aus, dass diese galaktische Struktur das Ende der Entstehungsperiode der Galaxie markierte, weshalb erwartet wurde, dass sie nur in älteren Galaxien zu sehen sei, die ihre volle Reife erreicht haben könnten – vielleicht solchen, die in der Mitte der Entwicklung des Universums existierten. Tatsächlich haben frühere Beobachtungen der Galaxienmorphologie mit dem Hubble-Weltraumteleskop gezeigt, dass es im frühen Universum nur sehr wenige geschlossene Galaxien gab.
Neue Ergebnisse aus Daten des James Webb Space Telescope (JWST) legen jedoch nahe, dass es nicht unbedingt wahr ist, dass Spiralen mit geschlossenen Kanten so lange durch das Universum gewandert sein sollen. Die Entdeckung der Spiralgalaxie Ceers-2112 legt nahe, dass Galaxien wie unsere bereits vor 11,7 Milliarden Jahren existierten, „als das Universum nur 15 Prozent seines Lebens hatte“, sagte Luca Costantin, Astrophysiker am Zentrum für Astrobiologie in Madrid und Leiter des Zentrums für Astrobiologie in Madrid Autor der neuen Studie.
JWST kann sechsmal mehr Licht als Hubble sammeln und so detailliertere Merkmale entfernter Galaxien erkennen. Ceers-2112 wird bei Rotverschiebung 3 beobachtet, als das Universum 2100 Millionen Jahre alt war. Das bedeutet im Wesentlichen, dass es 11,7 Milliarden Jahre dauerte, bis das Licht der Galaxie JWST erreichte, sagte Constantine. Dies ist ein überraschender Befund, da galaktische Balken in etwa zwei Dritteln aller Spiralgalaxien beobachtet werden, man geht jedoch davon aus, dass die Balken etwa vier Milliarden Jahre vor der Geburt des Universums entstanden sind.
Das Studium der detaillierten Morphologie entfernter Galaxien „ist für das Verständnis ihrer Geschichte von entscheidender Bedeutung und öffnet die Tür zu neuen Szenarien der Galaxienentstehung und -entwicklung“, sagte die Mitautorin der Studie, Cristina Cabello, Forscherin am Institut für Teilchen- und Weltraumphysik in Madrid ein Statement.
Laut Constantine stellt beispielsweise das Vorhandensein einer Barriere in Ceers-2112 aktuelle theoretische Modelle in Frage, die vorhersagen, dass die physikalischen Bedingungen des frühen Universums die Bildung von Barrieregalaxien insgesamt hätten verhindern sollen.
„Die theoretischen Vorhersagen kosmologischer Simulationen versuchen wirklich, solche Systeme in diesen Epochen zu reproduzieren“, sagte er in einem Interview. „Jetzt müssen wir verstehen, welche wichtige physikalische Zutat in unseren Modellen fehlt – wenn überhaupt.“ Darüber hinaus prägen solche Studien auch unser Verständnis der Rolle der Dunklen Materie im frühen Universum.
Astronomen schätzen, dass 85 Prozent aller Materie im Universum Dunkle Materie ist, eine mysteriöse Substanz, die für Teleskope schwer zu erfassen ist, weil sie überhaupt nicht mit Licht interagiert. Es wird angenommen, dass dunkle Materie bereits 380 Jahre nach dem Urknall die Entwicklung von Galaxien und die Sternentstehung radikal beeinflusst hat. Die Ergebnisse der neuen Studie zeigen jedoch, dass die Galaxienentwicklung, zumindest im Fall von Ceers-000, von gewöhnlicher Materie und nicht von dunkler Materie dominiert wurde, als das Universum etwa zwei Milliarden Jahre alt war. Die Morphologie der Galaxie zeigt, dass der Beitrag der Dunklen Materie im Ceers-2112-Galaxienbalken sehr gering ist und stattdessen von gewöhnlicher Materie dominiert wird, so die Studie.
„Diese Entdeckung bestätigt, dass die Entwicklung dieser Galaxie von Baryonen dominiert wurde, der gewöhnlichen Materie, aus der wir bestehen, und nicht von dunkler Materie, obwohl sie reichlich vorhanden war, als das Universum nur 15 Prozent seines tatsächlichen Alters hatte“, sagte der Co-Autor der Studie Jairo Abreu. Forscher aus Universität von La Laguna.
„JWST wird in nur einem Beobachtungsjahr unser Verständnis des frühen Universums revolutionieren“, sagte Konstantin. „Ich persönlich habe vor, in den nächsten fünf bis zehn Jahren weiterhin seine außergewöhnlichen Fähigkeiten zu nutzen und die detaillierte Struktur der ersten im Universum versammelten Galaxien zu erforschen.“
Lesen Sie auch: