Maisies Galaxie zählt zu den frühesten je beobachteten
15/08/23 12:24
Mithilfe des James Webb Space Telescopes haben Wissenschaftler, die mit großem Eifer danach streben, einige der ältesten jemals gesehenen Galaxien zu identifizieren, nun bestätigt, dass eine im letzten Sommer erstmals entdeckte Galaxie tatsächlich zu den frühesten zählt, die jemals gefunden wurden. Diese Erkenntnisse wurden im Fachmagazin "Nature" veröffentlicht.
Nach weiteren Beobachtungen seit der ersten Entdeckung von Maisies Galaxie wurde enthüllt, dass sie aus einer Zeit stammt, die 390 Millionen Jahre nach dem Urknall liegt. Obwohl das nicht so früh ist, wie das Team um den Astronomen Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin es im letzten Sommer geschätzt hatte, zählt sie dennoch zu den vier frühesten bestätigten beobachteten Galaxien.
Steven Finkelstein, ein Astronom und Professor an der UT Austin, nannte Maisies Galaxie "aufregend", da sie eine der ersten fernen Galaxien ist, die vom JWST identifiziert wurden und nun als erste spektroskopisch bestätigt wurde. Finkelstein ist der Autor des Nature-Papiers und leitender Forscher für die Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS). Die Galaxie erhielt ihren Namen zu Ehren seiner Tochter, da sie an deren Geburtstag entdeckt wurde.
Die jüngste Analyse wurde von Pablo Arrabal Haro, einem postdoktoralen Forschungsmitarbeiter am National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory der National Science Foundation, geleitet. Neben Finkelstein waren weitere Co-Autoren von der UT Austin beteiligt, darunter Caitlin Casey, Micaela Bagley, Katherine Chworowsky und Seiji Fujimoto.
Das CEERS-Team bewertet derzeit etwa 10 andere Galaxien, die möglicherweise aus einer noch früheren Ära stammen als Maisies.
Da im Weltraum keine Zeitstempel vorhanden sind, verwenden Astronomen die Rotverschiebung, um zu bestimmen, wann das von einem Objekt ausgesendete Licht es verlassen hat. Die Rotverschiebung misst die Veränderung der Farbe aufgrund der Bewegung des Objekts von uns weg. Da das Universum sich ausdehnt, steigt die Rotverschiebung eines Objekts umso mehr, je weiter wir in der Zeit zurückblicken.
Die ursprünglichen Schätzungen der Rotverschiebung, die auf Photometrie basierten und somit die Zeit nach dem Urknall bestimmten, wurden mithilfe der Helligkeit des Lichts in Bildern und einer begrenzten Anzahl von breiten Frequenzfiltern erstellt. Diese Schätzungen wurden anhand von Daten gemacht, die CEERS während ihrer ursprünglichen Beobachtungszeit in der ersten Beobachtungssaison des Teleskops gesammelt hatte.
Um eine präzisere Schätzung zu erhalten, beantragte das CEERS-Team zusätzliche Messungen mit dem spektroskopischen Instrument NIRSpec des JWST. Dieses Instrument zerlegt das Licht eines Objekts in viele schmale Frequenzen, um seine chemische Zusammensetzung, Wärmeabstrahlung, intrinsische Helligkeit und relative Bewegung genauer zu analysieren. Gemäß dieser jüngsten spektroskopischen Untersuchung liegt Maisies Galaxie bei einer Rotverschiebung von z=11,4.
In dieser Untersuchung wurde auch CEERS-93316 betrachtet, eine Galaxie, die ursprünglich von einem Team der University of Edinburgh in öffentlich verfügbaren CEERS-Daten gefunden wurde. Ursprünglich wurde angenommen, dass diese Galaxie erstaunliche 250 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet wurde. Bei genauerer Analyse stellte das Forscherteam jedoch fest, dass die Rotverschiebung von CEERS-93316 bescheidener ist, nämlich z=4,9, was etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall entspricht.
Es wurde herausgefunden, dass heißes Gas in CEERS-93316 in engen Frequenzbändern, die mit Sauerstoff und Wasserstoff in Verbindung stehen, so viel Licht abstrahlt, dass die Galaxie viel bläulicher erscheint, als sie tatsächlich ist. Diese bläuliche Färbung imitierte die Signatur, die Finkelstein und andere in sehr frühen Galaxien erwartet hatten. Dies ist auf eine Eigenart der photometrischen Methode zurückzuführen, die nur für Objekte mit einer Rotverschiebung von etwa 4,9 auftritt. Finkelstein erklärt, dass dies ein unglücklicher Zufall war.
"Finkelstein sagte: "Dies war ein etwas merkwürdiger Fall. Von den vielen Dutzenden hochrotverschobenen Kandidaten, die spektroskopisch untersucht wurden, ist dies der einzige Fall, bei dem die tatsächliche Rotverschiebung viel niedriger ist als unsere ursprüngliche Schätzung."
Diese Galaxie erscheint nicht nur unnatürlich blau, sondern sie ist auch viel heller, als es unsere derzeitigen Modelle für Galaxien vorhersagen, die so früh im Universum entstanden sind.
"Es wäre äußerst herausfordernd gewesen zu erklären, wie das Universum eine derart massive Galaxie so früh hervorbringen konnte", sagte Finkelstein. "Deshalb denke ich, dass dies wahrscheinlich immer das wahrscheinlichste Ergebnis war, weil es so außergewöhnlich hell war und eine scheinbar hohe Rotverschiebung aufwies."
