Galaxien haben sich im jungen Kosmos rasch entwickelt

Bereits 2,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall sahen große Galaxien ähnlich aus wie im heutigen Universum. Das ist zwei Milliarden Jahre früher als auf Grundlage bisheriger Beobachtungen angenommen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Untersuchung der Formen und Eigenschaften von über 1600 Sternsystemen mit dem Weltraumteleskop Hubble durch ein internationales Forscherteam. Die frühe Existenz reifer Galaxien stehe im Widerspruch zu den derzeitigen Modellen der kosmischen Entwicklung, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Astrophysical Journal“.

„Dies ist bislang die einzige umfassende Untersuchung des Aussehens großer, massereicher Galaxien im jungen Kosmos“, erläutert Arjen van der Wel vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. „Die Galaxien sehen bemerkenswert ausgereift aus. Unsere Modelle für die Entstehung von Galaxien in der frühen Geschichte des Universums sagen das nicht in dieser Form voraus.“ Und sein Kollege Mauro Giavalisco von der University of Massachusetts ergänzt, die Herausbildung der unterschiedlichen Galaxientypen sei keineswegs, wie bislang angenommen, ein langsamer Prozess gewesen: „Wir müssen also unsere theoretischen Vorstellungen überdenken und herausfinden, warum das so ist.“

Drei Mal die Hubble-Sequenz, dargestellt mithilfe von jeweils zwölf Galaxienbildern. Links jeweils eine Folge von vier Elliptischen Galaxien, rechts zwei Arme aus jeweils vie Spiralgalaxien (oben) und vier Balkenspiralen (unten).
Entwicklung der Hubble-Sequenz

Astronomen teilen Sternsysteme anhand ihrer Form mit einem Hubble-Sequenz genannten Schema in Elliptische Galaxien und Spiralgalaxien unterschiedlicher Ausprägung ein. Der amerikanische Wissenschaftler Edwin Hubble hatte dieses Schema 1926 eingeführt. Erst später zeigte sich, dass die Klassifizierung nicht nur morphologisch, sondern auch physikalisch sinnvoll ist: Elliptische Galaxien sind arm an Gas, entsprechend entstehen in ihnen kaum noch Sterne. In Spiralgalaxien dagegen gibt es noch viel Gas und in ihnen bilden sich deshalb viele neue Sterne.

„Die entscheidende Frage ist: Wann und über welchen Zeitraum hinweg hat sich die Hubble-Sequenz gebildet?“, so Giavaliscos Mitarbeiterin BoMee Lee. „Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns weit entfernte Galaxien anschauen und mit ihren heutigen Verwandten vergleichen.“ Um dieses Ziel zu erreichen, haben die Astronomen Daten des Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Surveys, kurz CANDELS, herangezogen. Dabei handelt es sich um das aufwändigste Projekt in der Geschichte des Hubble-Teleskops: Im Verlauf von über drei Jahren standen zusammengenommen vier Monate Beobachtungszeit zur Verfügung um die Entwicklung von Galaxien über 80 Prozent der kosmischen Geschichte hinweg zu verfolgen.

Bis zu elf Milliarden Jahre weit hat das Team so in die Vergangenheit geblickt. Denn wenn das Licht einer weit entfernten Galaxie elf Milliarden Jahre zu uns braucht – also einen Weg von elf Milliarden Lichtjahren zurücklegt -, dann sehen die Forscher es im Teleskop so, wie es vor elf Milliarden Jahren ausgesehen hat. Bisherige Untersuchungen dieser frühen Epoche hatten sich auf häufiger vorkommende kleine Galaxien konzentriert, die aber zumeist ein irreguläres Aussehen zeigen. Erst CANDELS machte es möglich, auch große Systeme ähnlich unserer Milchstraße in ausreichender Zahl im jungen Kosmos zu beobachten und in die Hubble-Sequenz einzuordnen. „Die Hubble-Sequenz ist die Grundlage unseres Verständnisses der Galaxien-Entstehung und -Entwicklung“, so Lee, „sie bereits im jungen Universum zu finden, ist eine bahnbrechende Entdeckung.“