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Erst seit Juli letzten Jahres ist das James-Webb-Weltraumteleskop völlig betriebsbereit – und schon hat es diverse bahnbrechende Entdeckungen ermöglicht. Auch die neuste Entdeckung, die allerdings durch weitere Messungen noch bestätigt werden muss, hat es in sich: Es handelt sich um sechs Galaxien aus der Frühzeit des Universums, die viel mehr Masse haben, als sie zu diesem frühen Zeitpunkt gemäss den derzeit gültigen kosmologischen Modellen überhaupt haben dürften. Sollte sich der Sachverhalt bestätigen, müssen diese gängigen Theorien revidiert werden.
Nach dem aktuellen Verständnis der Astronomie bildeten sich die ersten Sterne erst rund 400 Millionen Jahre nach dem Urknall, der sich vor etwa 13,8 Milliarden Jahren ereignete. Unmittelbar nach dem Urknall breitete sich das Universum innerhalb von kürzester Zeit extrem schnell aus; erst nach etwa 300'000 bis 400'000 Jahren bildeten sich die ersten stabilen Atome. Während des sogenannten dunklen Zeitalters vor den ersten Sternen mussten die Gase im Universum zuerst so weit abkühlen, dass Sterne und dann – rund eine Milliarde Jahre nach dem Urknall – Galaxien entstehen konnten. Letztere formten sich nach bisherigen Annahmen als kleine Wolken aus Sternen und Staub, die im Laufe der Zeit allmählich grösser wurden.
Doch was die Astronomen der Pennsylvania State University und der Universität von Colorado Boulder entdeckten, als sie die ersten Aufnahmen des James-Webb-Teleskops vom vergangenen Juli sichteten, könnte diesem Standardmodell widersprechen. Sie sahen auf den Aufnahmen rote Punkte, die ungewöhnlich gross und hell waren. Rotes Licht ist ein Hinweis auf sehr alte Sterne, denn aufgrund der Ausdehnung des Universums selbst wird auch die Wellenlänge des Lichts gedehnt, das von weit entfernten Galaxien zu uns reist. Diese Verschiebung in das rote Lichtspektrum wird Rotverschiebung genannt. Das James-Webb-Teleskop kann mit seinen Infrarot-Instrumenten bis zu 13,5 Milliarden Jahre in die Vergangenheit zurückschauen – nur gerade 300 Millionen Jahre nach dem Big Bang.
Die Forscher glauben, dass es sich bei den Objekten um sechs massereiche Galaxien handelt, die bereits in der Frühzeit des Universums entstanden – sie hatten sich schon etwa 500 bis 700 Millionen Jahre nach dem Urknall zu Sternsystemen entwickelt, die bis zu zehn Milliarden Sonnenmassen enthielten. Eine der Galaxien wies möglicherweise sogar eine stellare Masse auf, die 100 Milliarden Mal grösser als jene unserer Sonne ist, wie die Astronomen im Fachblatt Nature schreiben. Die Sternansammlungen enthielten 100 Mal mehr Masse, als bisher für diese Phase des Universums angenommen wurde.
Die Galaxien waren bereits so gross wie die Milchstrasse heute, als das Weltall erst drei Prozent seines heutigen Alters erreicht hatte – zu einem Zeitpunkt also, zu dem es laut gängigen Theorien noch gar nicht so viel Masse hätte geben dürfen, um solch grosse Galaxien zu bilden. «Wir haben noch nie Galaxien dieser kolossalen Grösse so früh nach dem Urknall beobachtet», stellte der leitende Forscher Ivo Labbé fest. Und die Co-Autorin Erica Nelson, Assistenzprofessorin für Astrophysik an der University of Colorado Boulder, erklärte in einer Veröffentlichung auf der Plattform Eurekalert:
Unsere eigene Galaxie, die Milchstrasse, soll nach aktuellem Wissensstand ungefähr 800 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sein, allerdings noch nicht in ihrem heutigen Umfang, sondern lediglich die Scheibe. Die umliegende kugelförmige Sphäre, der galaktische Halo, soll erst zwei Milliarden Jahre später durch die Verschmelzung mit einer Satellitengalaxie entstanden sein.
Eine mögliche Erklärung für diese merkwürdigen Galaxien wäre, dass die Materie-Dichte im jungen Universum etwa zwei- bis fünfmal grösser gewesen sein könnte als bisher angenommen. Möglich ist aber auch, dass die Galaxien auf eine andere, bisher unbekannte Weise entstanden sein könnten.
Derzeit werden Folgemessungen durchgeführt, um einerseits zu bestätigen, dass es sich bei den beobachteten Punkten tatsächlich um Galaxien handelt, und andererseits, um alternative Erklärungen auszuschliessen. Obwohl die Daten darauf hindeuten, dass es sich wahrscheinlich um Galaxien handelt, kursieren weitere Theorien.
So erklärt Co-Autor Joel Leja, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State University: «Die Daten deuten zwar darauf hin, dass es sich wahrscheinlich um Galaxien handelt, aber ich halte es auch für möglich, dass sich einige dieser Objekte als verdeckte supermassereiche Schwarze Löcher entpuppen.» Leja hält es daher für notwendig, mit dem hochauflösenden Nahinfrarot-Spektrometer des James-Webb-Teleskops ein Spektralbild der Galaxien aufzunehmen, um die Ergebnisse zu überprüfen.
Damit könnten die Astronomen Daten zu den tatsächlichen Entfernungen gewinnen und Informationen über Gase und andere Elemente erhalten, aus denen die Galaxien bestehen. Anhand dieser Informationen sollte ein deutlicheres Bild davon entstehen, wie die Galaxien aussehen und wie massiv sie wirklich sind.
Es ist übrigens nicht das erste Mal, dass mit den Daten des James-Webb-Weltraumteleskops junge Galaxien in einer Phase des Universums entdeckt wurden, als es eigentlich noch keine solchen Sternansammlungen hätte geben dürfen. Im vergangenen Jahr entdeckten Astronomen vier Galaxien, die sich vermutlich bereits 350 Millionen Jahre nach dem Big Bang aus Gas zusammenballten. Diese Objekte waren jedoch geradezu winzig und enthielten lediglich ein Vielfaches der Sonnenmasse.
Die neue Entdeckung zeigt einmal mehr, dass sich die Investitionen in das James-Webb-Teleskop gelohnt haben. Dank seiner hohen Auflösung kann es Objekte beobachten, die für andere Teleskope zu alt, zu weit entfernt oder zu schwach sind. Möglicherweise wird es nun auch unsere kosmologischen Theorien auf den Kopf stellen und damit unseren Blick auf die Welt.
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