Entdeckung aus Pisa - Forscher entdecken in ferner Galaxie Sauerstoff und stellen bekannte Theorien infrage
Die Untersuchungen einer weit entfernten Galaxie durch italienische Forscher liefern erstaunliche Ergebnisse. Sie überraschen mit einem chemischen Fund.
Erste Sterne waren fast nur Wasserstoff und Helium
Die ersten Sterne und Galaxien bestanden nämlich größtenteils aus Wasserstoff und Helium, während schwerere Elemente noch selten waren. Diese Elemente wurden erst allmählich durch Sterne erzeugt und in Supernovae freigesetzt.
Es wird angenommen, dass die ersten Galaxien daher nur geringe Mengen an Sauerstoff, Kohlenstoff und Eisen enthielten. Die früheste Sauerstoff-Signatur wurde 2017 entdeckt und datiert auf etwa 600 Millionen Jahre nach dem Urknall.
Die jüngste Entdeckung betrifft die früheste bekannte Galaxie, JADES-GS-z14-0, die bereits etwa 290 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte. Ein Team um Stefano Carniani von der Scuola Normale Superiore in Pisa entdeckte sie im Sommer 2024 mithilfe des James-Webb-Teleskops.
Deutliche Sauerstoff-Signale entdeckt
Das Resultat neuer Untersuchungen zur chemischen Zusammensetzung war überraschend: Die ALMA-Daten enthüllten eine klare Spektrallinie bei 88 Mikrometern, die ionisierter Sauerstoff bei dieser Rotverschiebung emittiert. „Dies repräsentiert einen substanziellen Sprung zum vorherigen frühesten Nachweis der 88-Mikrometer-Linie“, konstatieren die Astronomen. Damit ist JADES-GS-z14-0 die früheste bekannte Galaxie mit nachgewiesenem Sauerstoff.
„Ich war wirklich überrascht von diesem eindeutigen Nachweis von Sauerstoff in JADES-GS-z14-0“, kommentiert der nicht an der Studie beteiligte Astronom Gergö Popping von der Europäischen Südsternwarte ESO. Zudem deutet die hohe Intensität der Sauerstoffsignatur darauf hin, dass die Galaxie etwa zehnmal mehr schwere Elemente enthält, als theoretisch für diese frühe Ära vorhergesagt. Dies deutet darauf hin, dass die Galaxie bereits chemisch weiter entwickelt ist als angenommen.
Schnelle Entwicklung der Galaxie
„Es ist, als würde man einen Jugendlichen dort finden, wo man nur Babys erwartet“, sagt Sander Schouws vom Observatorium Leiden in den Niederlanden, der Hauptautor der zweiten Studie zu diesem Sauerstofffund. Die Astronomen kommen zu dem Schluss, dass JADES-GS-z14-0 schnell entstanden und gewachsen sein muss, damit genügend Sterne Sauerstoff durch Kernfusion erzeugen und dann in Sternexplosionen freisetzen konnten.
„Die Ergebnisse untermauern die immer zahlreicheren Belege dafür, dass die Bildung von Galaxien viel schneller vonstattengeht als erwartet“, sagt Schouws. Das Team ermittelte für JADES-GS-z14-0 eine hohe Sternbildungsrate von etwa 25 Sonnenmassen pro Jahr und einen Gasanteil von 50 bis 80 Prozent, was darauf hinweist, dass die Galaxie weiterhin wächst.
Rätsel um fehlenden Supernova-Staub
Allerdings berichteten die Astronomen, dass JADES-GS-z14-0 wenig Staub aus Supernoven enthält, obwohl sie mehrere Generationen massereicher, kurzlebiger Sterne durchlaufen haben müsste. Sowohl die ALMA-Daten als auch frühere Aufzeichnungen des James-Webb-Teleskops zeigen, dass das Verhältnis von Staub zu Sternen niedriger ist als erwartet. „Diese Diskrepanz in der beobachteten Supernova-Staubproduktion gegenüber dem Erwarteten lässt sich aber klären, wenn man annimmt, dass die Mehrheit des Staubes durch den Strahlungsdruck junger Sterne ausgeschleudert wurde“, erklären Schouws und seine Kollegen.
Stark beschleunigte ionisierte Gase, die auf schnelle Gasausströme aus der Galaxie hindeuten, stützen diese Vermutung. Weitere Beobachtungen mit ALMA-Teleskopen könnten helfen, die Vorgänge in dieser frühen Galaxie zu klären.
Von Nadja Podbregar
Das Original zu diesem Beitrag "Sauerstoff in fernster Galaxie entdeckt" stammt von scinexx.