Frühe Sternengeburt

„Ich war begeistert, das Signal des entfernten Sauerstoffs in den Messungen zu sehen", freut sich Takuya Hashimoto von der Osaka Sangyo Universität und dem National Astronomical Observatory of Japan. „Diese Entdeckung verschiebt die Grenzen des beobachtbaren Universums.“

Neben dem von ALMA aufgenommenen Sauerstoff wurde mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO auch ein schwächeres Signal von Wasserstoff detektiert. Der aus dieser Beobachtung ermittelte Abstand zur Galaxie stimmt mit dem Abstand aus der Sauerstoffbeobachtung überein. Dies macht den MACS1149-JD1 zur entferntesten Galaxie mit einer präzisen Entfernungsmessung und zur entferntesten Galaxie, die jemals mit ALMA oder dem VLT beobachtet wurde.

„Wir sehen diese Galaxie heute so, wie sie zu der Zeit aussah, als das Universum erst 500 Millionen Jahre alt war - in der es bereits eine Population entwickelter Sterne enthält", erklärt Nicolas Laporte, Forscher am University College London (UCL) in Großbritannien. „Wir sind also in der Lage, mit diese Galaxie in eine noch frühere, völlig unbekannte Periode der kosmischen Geschichte einzutauchen.“

Die erste Zeit nach dem Urknall gab es im Universum keinen Sauerstoff. Er wurde erst durch die Fusionsprozesse der ersten Sterne erzeugt und dann freigesetzt, als diese Sterne starben. Der Nachweis von Sauerstoff in MACS1149-JD1 zeigt, dass diese früheren Sterngenerationen 500 Millionen Jahre nach Beginn des Universums bereits gebildet und Sauerstoff ausgestoßen haben müssen.

Aber wann kam es zu dieser ersten Sternentstehungsphase? Um dies herauszufinden, rekonstruierte das Team die frühere Geschichte von MACS1149-JD1 anhand von Infrarot-Daten, die mit dem NASA/ESA Hubble Space Telescope und dem NASA Spitzer Space Telescope aufgenommen wurden. Sie fanden heraus, dass die beobachtete Helligkeit der Galaxie durch ein Modell gut erklärt wird, bei dem der Beginn der Sternentstehung nur 250 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums stattfand.

Der Zustand der Sterne in MACS1149-JD1 wirft die Frage auf, wann die allerersten Galaxien aus der völligen Dunkelheit auftauchten, eine Epoche, die die Astronomen romantisch als „kosmische Dämmerung“ bezeichnen. Durch die Bestimmung des Alters von MACS1149-JD1 hat das Team effektiv gezeigt, dass Galaxien früher existierten als die, die wir derzeit direkt sehen können.

Richard Ellis, leitender Astronom am UCL und Koautor der Arbeit, schließt: „Die Bestimmung, wann die kosmische Dämmerung eintrat, ist sozusagen der Heilige Gral der Kosmologie und Galaxienbildung. Mit diesen neuen Beobachtungen von MACS1149-JD1 kommen wir der Geburt des Sternlichts näher! Da wir alle aus recycelter Sternmaterie bestehen, ist das in Wirklichkeit auch unsere eigene Herkunft."

 

Originalveröffentlichung:

“The onset of star formation 250 million years after the Big Bang” (Nature, 17. Mai 2018)