"Das James-Webb-Weltraumteleskop, das noch nicht einmal sein erstes volles Beobachtungsjahr abgeschlossen hat, hat einige echte Wunderwerke geliefert. Aber inmitten der atemberaubenden Bilder und beispiellosen Entdeckungen gab es eine rätselhafte Behauptung: Das Teleskop habe Galaxien in dem unglaublich jungen Universum Galaxien entdeckt, die so massereich waren, dass sie, so die Schlagzeilen, das Urknall-Modell der Kosmologie „durchbrochen“ hätten.
Die Behauptung ging viral, aber wie bei vielen Dingen im Internet ist sie einfach nicht wahr.
Jetzt gibt es mehr Forschung, um den Urknall zu unterstützen. Kürzlich haben Forscher die Daten genauer unter die Lupe genommen und festgestellt, dass die vom James-Webb-Weltraumteleskop entdeckten fernen Galaxien tatsächlich perfekt mit unserem modernen Verständnis der Kosmologie vereinbar sind.
Das potenzielle Problem mit entfernten Galaxien ist nicht, dass sie existieren. Tatsächlich sagt die moderne Formulierung der Urknalltheorie namens ΛCDM-Kosmologie (das Λ steht für dunkle Energie und CDM ist die Abkürzung für „kalte dunkle Materie“) voraus, dass Galaxien im sehr jungen Universum erscheinen werden. Das liegt daran, dass es sehr früh überhaupt keine Galaxien oder gar Sterne gab. Als unser Universum viel kleiner und viel dichter war als heute, war alles viel einheitlicher, nur winzige Dichteunterschiede traten zufällig hier und da auf.
Aber mit der Zeit wuchsen diese Dichteunterschiede, wobei die etwas dichteren Teile mehr Material an sich zogen. Über Hunderte von Millionen Jahren formten sich aus diesen Taschen die ersten Sterne und wuchsen schließlich zu den ersten Galaxien heran.
Tatsächlich war es eines der Hauptziele des Webb-Teleskops, diese ersten Galaxien zu entdecken und zu charakterisieren, daher spricht das Auffinden von Galaxien in dem unglaublich jungen Universum für die Urknalltheorie, nicht dagegen.
So, worin liegt dann der Konflikt? Die Zweifel am Urknall entstanden aufgrund der geschätzten Massen dieser Galaxien. Einige waren ziemlich groß – weit über 10^10 Sonnenmassen. Das ist immer noch viel kleiner als die Milchstraße, aber für das frühe Universum sind sie ziemlich gigantisch.
Die Forscher, die diese Galaxien entdeckten, schätzten, dass ihre großen Massen Zweifel an vielen Modellen der galaktischen Entstehung und Entwicklung bringen. Am äußersten Ende behaupteten die Forscher, dass es sogar keinem Galaxienbildungsmodell innerhalb des ΛCDM-Rahmens möglich sein könnte, so große Galaxien so schnell zu erschaffen.
Aber diese Annahmen hingen davon ab, eine genaue Entfernung zu diesen Galaxien zu messen – eine unglaublich schwierige Aufgabe bei diesen extremen Entfernungen. Für die rekordverdächtigen Galaxien, die mit kosmologischen Modellen verglichen werden könnten, stützten sich die Forscher auf eine sogenannte photometrische Rotverschiebung, die ein grobes Lichtspektrum einer Galaxie an ein Modell anpasst, um eine Entfernung abzuschätzen.
Diese Methode ist notorisch unzuverlässig, da einfache Effekte – wie übermäßiger Staub, der die Galaxien umgibt – sie weiter entfernt erscheinen lassen, als sie wirklich sind.
Um genau zu beurteilen, ob der Urknall in Schwierigkeiten ist, verwendete ein neues Forscherteam Webb, um Galaxien mit einer viel präziseren und zuverlässigeren Methode zur Bestimmung der Entfernung zu identifizieren, die als spektroskopische Rotverschiebung bekannt ist. Diese Technik identifiziert die von den Galaxien emittierten Spektrallinien bekannter Elemente und verwendet sie, um die Rotverschiebung und damit die Entfernung zu den Galaxien zu messen.
Mit dieser genaueren Technik fand das Team vier Galaxien. Diese waren genauso weit entfernt wie die zuvor identifizierten Galaxien, aber sie hatten bestätigte, zuverlässige Entfernungen. Diese Galaxien hatten jedoch viel kleinere Massen: etwa 10^8 und 10^9 Sonnenmassen.
Also stellte sich die Frage, erlaubt ΛCDM, dass diese kleineren Galaxien in einem so jungen Alter in der Geschichte des Universums existieren, oder bleiben die Zweifel?
Galaxien zu bauen ist keine leichte Aufgabe. Während die Mathematik mit Stift und Papier es Kosmologen ermöglichen kann, die Gesamtgeschichte und Entwicklung des Kosmos innerhalb des ΛCDM-Modells aufzuzeichnen, beinhaltet die Galaxienbildung das komplexe Zusammenspiel vieler Arten von Physik: Schwerkraft, Sternentstehung und Supernova-Explosionen, Staubverteilung, kosmische Strahlung , Magnetfelder und mehr.
Die Berücksichtigung all dieser Wechselwirkungen erfordert Supercomputersimulationen, die den rohen, ursprünglichen Zustand des Universums, wie er vor Milliarden von Jahren war, annehmen und den Gesetzen der Physik folgen, um künstliche Galaxien zu bauen. Nur so können wir das, was wir in der realen Welt (Galaxien) sehen, mit den fundamentalen Parametern des ΛCDM-Modells (wie der Menge an normaler und dunkler Materie im Kosmos) verbinden.
Die Simulationen ermöglichten es den Forschern, mit vielen Arten von Modellen herumzuspielen. Wenn in diesem Alter keine Modelle Galaxien dieser Masse erzeugen könnten, wäre ΛCDM in Schwierigkeiten.
Zum Glück gab es solche Probleme nicht. Das Erscheinen von Galaxien mit 10^8 Sonnenmassen im frühen Universum ist kein Problem für ΛCDM, erklärte das Team in ihrer Forschungsarbeit, die bei The Astrophysical Journal Letters eingereicht wurde und als Preprint über arXiv erhältlich ist.
Wie üblich ist dies nicht die endgültige Antwort. Astronomen könnten noch die Entfernung zu einer sehr großen Galaxie im frühen Universum bestätigen, was uns dazu zwingen könnte, unser Verständnis der Galaxienentstehung und vielleicht sogar des kosmologischen ΛCDM-Modells zu überdenken. In der Wissenschaft ist es immer wichtig, offen zu bleiben. Aber die übertriebenen Behauptungen aus den frühen Webb-Daten sind noch nicht genug, um sich Sorgen zu machen."
