Jüngste Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) haben ergeben, dass die ersten Galaxien des Universums weit von den sauber organisierten Strukturen entfernt waren, die wir heute sehen. Stattdessen waren diese frühen Galaxien turbulente, chaotische Gasbündel, die Phasen intensiver Sternentstehung durchliefen und von schnell wachsenden supermassereichen Schwarzen Löchern beeinflusst wurden. Dies zeichnet ein anschauliches Bild einer „chaotischen Ära“ in der kosmischen Geschichte.
Galaxien im kosmischen Morgengrauen beobachten
Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Lola Dunhaive von der Universität Cambridge nutzte das NIRCam-Instrument des JWST, um 272 kleine Galaxien zu untersuchen, die 800 Millionen bis 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall entstanden. Das Licht dieser fernen Galaxien hat Milliarden von Jahren gebraucht, um uns zu erreichen, und bietet ein einzigartiges Fenster in die frühen Stadien des Universums – eine Zeitspanne, die als kosmische Morgendämmerung (50 Millionen bis 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall) bekannt ist und dem kosmischen Mittag (2 bis 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall) vorausgeht, als die Sternentstehung ihren Höhepunkt erreichte.
Die turbulente Natur früher Galaxien
Die Beobachtungen zeigten, dass die Gasbewegung in diesen frühen Galaxien im Gegensatz zu den gleichmäßig rotierenden Scheiben aus Gas und Sternen, die in nahegelegenen Galaxien vorherrschen, turbulent war. Anstatt ihre Zentren in geordneten Strömungen zu umkreisen, strömte das Gas in mehrere Richtungen und erzeugte chaotische Wirbel, Stoßwellen und ungleichmäßige Materieklumpen. Das Team beschrieb diese frühen Galaxien als „am Anfang der Scheiben“ stehende Galaxien, die mehrere Phasen der Instabilität durchliefen, bevor sie sich in die geordneten Strukturen einfügten, die wir heute beobachten.
Faktoren, die zum Chaos beitragen
Mehrere Faktoren trugen zu diesem turbulenten Zustand bei:
- Rasche Sternentstehung: Neugeborene Sterne können ebenso wie neugeborene Menschen unberechenbar sein. Diese jungen Sterne emittierten starke Sternwinde und Schübe hochenergetischer Strahlung und zerstörten die umgebenden Gaswolken dort, wo sie sich bildeten.
- Dichteres intergalaktisches Gas: Da sich das Universum seit dem Urknall ausdehnt, war es kurz vor dem kosmischen Mittag ein kleinerer, dichterer Ort. Dies bedeutete, dass mehr intergalaktisches Gas in frühe Galaxien strömte, was die Turbulenzen weiter anheizte.
- Supermassereiche Schwarze Löcher: Die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren dieser Galaxien ernährten sich aktiv von Gas, stoßen Materie und Strahlung aus und trugen zur chaotischen Umgebung bei.
- Kleinere Größe: Im Vergleich zu Galaxien im heutigen Universum waren diese frühen Galaxien relativ klein (im Bereich von 100 Millionen bis 10 Milliarden Sonnenmassen), was bedeutet, dass Ereignisse wie Sternentstehungsausbrüche und die Aktivität von Schwarzen Löchern einen proportional größeren Einfluss auf ihre Stabilität hatten.
Ausnahmen und zukünftige Forschung
Während die meisten Galaxien in der Studie turbulentes Verhalten zeigten, zeigten einige einige Anzeichen früherer Stabilität und waren tendenziell größer und möglicherweise widerstandsfähiger. Diese Beobachtungen bestätigen weitgehend Vorhersagen bestehender Modelle der galaktischen Entwicklung und festigen die Verbindung zwischen Beobachtung und Theorie.
Dunhaive und ihre Kollegen planen, ihre Beobachtungen von ionisiertem Wasserstoffgas mit bevorstehenden Beobachtungen von kaltem Gas und Staub zu kombinieren, um ein umfassenderes Verständnis der Struktur und Entwicklung dieser frühen Galaxien zu ermöglichen. „Mit mehr Daten können wir verfolgen, wie diese turbulenten Systeme entstanden sind und zu den anmutigen Spiralen wurden, die wir heute sehen“, erklärt Sandro Tacchella, Mitautor der Studie. Die neuen Daten werden mehr über die Strukturen und Entwicklungspfade dieser alten, prägenden Galaxien verraten.
Die Studie bietet einen wertvollen Einblick in die dynamischen und oft chaotischen Bedingungen, die das frühe Universum charakterisierten, und unterstreicht die entscheidende Rolle, die das JWST bei der Aufklärung der Geheimnisse der kosmischen Evolution spielt.
