23.12.2022

Galaxienentstehung im Gedränge

James-Webb-Weltraumteleskop entdeckt dicht gepackten Galaxien-Protohaufen im Umfeld eines weit entfernten Quasars.

Mit den Beobachtungen einer weit entfernten und sehr hellen Galaxie hat ein internationales Forschungs­team mithilfe des James Webb Space Telescope (JWST) einen Galaxienhaufen und zugleich eines der dichtesten bekannten Gebiete der Galaxien­entstehung im frühen Universum entdeckt. Die Beobachtungen mit dem neuen Weltraumteleskop enthüllten einen Galaxien-Protohaufen, der sich im Umfeld eines Quasars bildet. Dieser noch in Entstehung begriffene Galaxien­haufen könnte Aufschluss darüber geben, wie sich die Galaxien im frühen Universum zum heute sichtbaren kosmischen Netz entwickelt haben. Geleitet wurden die Forschungs­arbeiten von Dominika Wylezalek, Wissenschaftlerin am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH).

 

Abb.: Links eine Hubble-Aufnahme des Quasars im Sichtbaren und Infraroten....
Abb.: Links eine Hubble-Aufnahme des Quasars im Sichtbaren und Infraroten. Rechts und unten neue Bilder des JWST, die anhand von ionisiertem Sauerstoff die Bewegungen von Gas im Galaxien­haufen anzeigen. (Bild: NASA / ESA / CSA / STScI / D. Wylezalek, ZAH / A. Vayner, N. Zakamska, JHU / Q-3D Team / L. Hustak)

Ziel der Untersuchungen war eine Galaxie mit einem sehr aktiven und hellen Kern, der von einem extrem massereichen schwarzen Loch im Herzen der Galaxie gespeist wird. Von einem solchen Quasar wird angenommen, dass er einen galaktischen Wind auslösen kann, der Gas aus der Heimat­galaxie verdrängt. Diese Ausflüsse von Materie könnten damit die Entstehung anderer Sterne und Galaxien beeinflussen. Das internationale Forschungsteam unter der Leitung von Wylezalek hat den Quasar SDSS J165202.64+172852.3 – kurz J1652 – mit dem James Webb Space Telescope beobachtet. Er existierte bereits im sehr frühen Universum, das heißt vor etwa 11,5 Milliarden Jahren. Sein auffälliges rotes Licht wurde durch seine große Entfernung und die Ausdehnung des Universums in den Infrarotbereich verschoben. Daher eignet sich der Quasar J1652 ganz besonders für Beobachtungen mit dem für diesen Spektralbereich konzipierten James-Webb-Teleskop.

Frühere Untersuchungen konnten nachweisen, dass schnelle Gasausflüsse von dem Quasar angetrieben werden; zudem gab es Hinweise auf das Verschmelzen des Quasars mit einer Nachbargalaxie. Überraschenderweise bestätigen die Beobachtungen mit dem JWST, dass nicht nur eine einzige Galaxie, sondern mindestens drei weitere mit hoher Geschwindigkeit und sehr dicht gepackt umherwirbeln. Ein derartiges System wird auch als Galaxien-Protohaufen bezeichnet – ein Galaxienhaufen in der Phase der Entstehung. Die Objekte im direkten Umfeld des Quasars wurden im infraroten Spektralbereich analysiert.

Sie deuten nach Angaben von Wylezalek darauf hin, dass J1652 Teil eines dichten Knotens der Galaxien­entstehung ist. Erst die hervorragenden bildgebenden und spektroskopischen Fähigkeiten des James Webb Space Telescope erlauben diese Schlussfolgerung. „Es gibt nur wenige Galaxien-Protohaufen, die zu diesem frühen Zeitpunkt bekannt sind. Sie sind schwer zu finden und nur sehr wenige hatten seit dem Urknall Zeit, sich zu bilden. Unsere Entdeckung könnte dabei helfen, zu verstehen, wie sich Galaxien in dichten Umgebungen entwickeln“, so die Astrophysikerin. „Wir werfen einen Blick in die frühesten Entwicklungs­phasen dieser Galaxien.“

Das internationale Forscherteam glaubt, eines der dichtesten bekannten Gebiete der Galaxienentstehung im frühen Universum entdeckt zu haben – aufgrund der Geschwindigkeit, mit der drei bestätigte Galaxien einander umkreisen, und der Dichte, mit der sie in die Region um den Quasar „gepackt“ sind. „Selbst ein dichter Knoten aus dunkler Materie reicht nicht aus, um die von uns beobachteten Eigenschaften zu erklären. Wir nehmen an, dass wir eine Region sehen, in der zwei Knoten aus dunkler Materie miteinander verschmelzen“, sagt die Wissenschaftlerin, die an der Universität Heidelberg eine Emmy-Noether-Nachwuchs­gruppe an dem zum ZAH gehörenden Astronomischen Rechen-Institut leitet.

Von Folgebeobachtungen erhofft sie sich Aufschluss darüber, wie solche dichten, chaotischen Galaxienhaufen entstehen und wie sie sich zum heute sichtbaren kosmischen Netz entwickelt haben. Mit ihrem Team, zu dem auch Postdoktorandin Caroline Bertemes gehört, will Wylezalek zunächst herausfinden, welchen Einfluss galaktische Winde und die von dem aktiven, supermassereichen schwarzen Loch in seinem Herzen erzeugten Quasar-Rückkopplungen auf den Protohaufen ausüben.

U. Heidelberg / DE
 

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