Chaos in jungen Galaxien

Unsere Heimatgalaxie – die Milchstraße – und ein Großteil der unzähligen weiteren Galaxien sind wohlgeordnete Spiralen oder Ellipsen. Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop zeigen nun: In vielen jungen Galaxien ging es deutlich turbulenter zu. Das berichtet ein Forschungsteam in der Fachzeitschrift „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.

In einer neuen Studie analysierte das Team um Angelica Lola Danhaive vom Kavli Institute for Cosmology in Cambridge 250 Galaxien in bis zu 13 Milliarden Lichtjahre Entfernung. Das ist zugleich ein Blick in die Vergangenheit. Denn das Licht benötigte entsprechend bis zu 13 Milliarden Jahre, um uns beziehungsweise das James-Webb-Teleskop zu erreichen. Da der Urknall etwa 13,8 Milliarden Jahre zurückliegt, handelt es sich bei den Untersuchungen also um einen Blick in die Frühzeit des Alls: auf relativ junge Galaxien aus der Zeit von 800 Millionen bis 1,5 Milliarden Jahren nach dem Urknall. Aus dieser Epoche hatte man bisher nur einzelne, wohlgeordnete Galaxien beobachtet.

Turbulenzen zwischen den Sternen

Das James-Webb-Teleskop hat die Daten mit seiner Infrarotkamera NIRCam aufgenommen, die auf Wellenlängen nahe denen des sichtbaren Lichts spezialisiert ist. Strahlung mit diesen Wellenlängen lässt auf sogenannten ionisierten Wasserstoff zwischen den Sternen weit entfernter Galaxien schließen. Er entstand zwischen 150 Millionen Jahre und einer Milliarden Jahre nach dem Urknall – einer Zeit, die Astronominnen und Astronomen Epoche der Reionisierung nennen. Damals löste das Licht der ersten Sterne Elektronen aus Wasserstoffatomen heraus – es ionisierte sie.

Für die Datenauswertung entwickelte Danhaive ein Computerprogramm. Damit wertete sie die gemessenen Spektren aus und verglich sie mit Modellen von Galaxien und früheren Messungen des Teleskops. Wie sich herausstellte, bewegt sich das ionisierte Wasserstoffgas in den meisten der untersuchten jungen Galaxien chaotischer als in anderen Galaxien. Das passt auch zu theoretischen Modellen, laut denen Sterne in jungen Galaxien schubweise entstehen und das Gas in der Galaxie aufwirbeln. Weil die Galaxien noch nicht so viele Sterne umfassen, beeinflusst das ihre Form entsprechend stark.

Um besser zu verstehen, wie sich Galaxien aus turbulenten Systemen zu gleichmäßigen Spiralen und Ellipsen entwickeln, wollen Forschungsteams noch weitere Galaxien vermessen. Die Studie von dem Team um Danhaive ist ein erster Schritt auf diesem Weg.