03.04.2025

Überraschend entwickelte Galaxie

Fund von Sauerstoff in der am weitesten entfernten uns bekannten Galaxie weist auf unerwartet schnelle Entwicklung im jungen Universum hin.

Zwei verschiedene Forschungsgruppen haben in der am weitesten entfernten bekannten Galaxie, JADES-GS-z14-0, Sauerstoff nachgewiesen. Wie in zwei separaten Studien berichtet wurde, gelang diese Entdeckung dank des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die Europäische Südsternwarte (ESO) beteiligt ist. Dieser rekordverdächtige Nachweis lässt Astronomen neu darüber nachdenken, wie schnell sich Galaxien im frühen Universum gebildet haben.

Abb.: Sauerstoffspektrum der am weitesten entfernten uns bekannten Galaxie

Quelle: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / S. Carniani et al. / S. Schouws et al. / JWST / NASA / ESA / CSA / STScI / B. Robertson, UC Santa Cruz, et al.

JADES-GS-z14-0 wurde letztes Jahr entdeckt und gilt als die am weitesten entfernte bestätigte Galaxie, die jemals gefunden wurde: Sie ist so weit entfernt, dass ihr Licht 13,4 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. Das bedeutet, dass wir sie zu einem Zeitpunkt sehen, als das Universum weniger als 300 Millionen Jahre alt war, was etwa zwei Prozent seines heutigen Alters entspricht. Der neue Nachweis von Sauerstoff mit ALMA, einem Zusammenschluss von Teleskopen in der chilenischen Atacama-Wüste, deutet darauf hin, dass die Galaxie chemisch viel weiter entwickelt ist als erwartet.

„Es ist, als würde man einen Jugendlichen dort finden, wo man nur Babys erwartet“, sagt Sander Schouws, Doktorand am Observatorium Leiden in den Niederlanden und Erstautor der von den Niederlanden geleiteten Studie. „Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Galaxie in sehr kurzer Zeit gebildet hat und auch schnell wächst, was die immer zahlreicheren Belege dafür untermauert, dass die Bildung von Galaxien viel schneller vonstattengeht als erwartet.“

Galaxien beginnen ihr Leben in der Regel mit vielen jungen Sternen, die hauptsächlich aus leichten Elementen wie Wasserstoff und Helium bestehen. Während sich die Sterne weiterentwickeln, erzeugen sie schwerere Elemente wie Sauerstoff, die sich nach ihrem Tod in ihrer Wirtsgalaxie verteilen. Zuvor war man davon ausgegangen, dass das 300 Millionen Jahre alte Universum noch zu jung war, um Galaxien mit einem hohen Anteil an schweren Elementen zu bilden. Die beiden ALMA-Studien deuten jedoch darauf hin, dass JADES-GS-z14-0 etwa zehnmal mehr schwere Elemente enthält als erwartet.

„Ich war von den unerwarteten Ergebnissen überrascht, weil sie einen neuen Blick auf die ersten Stadien der Galaxienentwicklung eröffnen“, sagt Stefano Carniani von der Scuola Normale Superiore in Pisa, Italien, und Hauptautor des Artikels. „Dieser Nachweis einer entwickelten Galaxie im jungen Universum wirft die Frage auf, wann und wie sich Galaxien gebildet haben.“

Zudem konnten die Astronomen durch den Nachweis von Sauerstoff ihre Entfernungsmessungen zu JADES-GS-z14-0 sehr viel genauer durchführen. „Der Nachweis durch ALMA ermöglicht eine außerordentlich präzise Messung der Entfernung der Galaxie mit einer Unsicherheit von nur 0,005 Prozent. „Diese Präzision hilft uns, unser Verständnis der Eigenschaften entfernter Galaxien zu verfeinern“, fügt Eleonora Parlanti hinzu, Doktorandin an der Scuola Normale Superiore in Pisa und Koautorin.

„Obwohl die Galaxie ursprünglich mit dem Weltraumteleskop James Webb entdeckt wurde, konnten wir ihre enorme Entfernung erst mit ALMA bestätigen und genau bestimmen“, sagt Rychard Bouwens, Mitglied des Teams am Observatorium Leiden. „Dies zeigt die erstaunliche Synergie zwischen ALMA und JWST bei der Erforschung der Entstehung und Entwicklung der ersten Galaxien.“

Gergö Popping, Astronom der ESO am European ALMA Regional Centre, der nicht an den Studien beteiligt war, sagt: „Ich war wirklich überrascht von diesem eindeutigen Nachweis von Sauerstoff in JADES-GS-z14-0. Er deutet darauf hin, dass sich Galaxien nach dem Urknall schneller bilden können als bisher angenommen. Dieses Ergebnis zeigt, welch wichtige Rolle ALMA bei der Erforschung der Bedingungen spielt, unter denen sich die ersten Galaxien in unserem Universum gebildet haben.“

MPIA / DE