"„Indem wir so tief hinschauten und so klar sahen, konnten wir praktisch in die Vergangenheit reisen.“
„Vor langer Zeit, in einer Galaxie, nicht so weit entfernt…“
Astronomen haben das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) genutzt, um die Geschichte der Sterne in einer massearmen Zwerggalaxie zu kartieren, die Galaxien ähnelt, die das frühe Universum füllten. Die Forschung könnte dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich die Sternentstehungsraten in den vergangenen 13 Milliarden Jahren oder seit Beginn der Zeit verändert haben.
Das Team unter der Leitung der Astronomin Kristen McQuinn von der Rutgers University-New Brunswick hat mit dem JWST die Galaxie Wolf-Lundmark-Melotte (WLM) vergrößert, um das bisher genaueste Bild dieses isolierten Bereichs im Kosmos zu erhalten.
WLM ist ein Nachbar der Milchstraße und befindet sich am Rande der lokalen Gruppe unserer Galaxie, etwa 3 Millionen Lichtjahre entfernt. Es bildet aktiv Sterne und beherbergt auch alte Sterne, von denen man annimmt, dass sie vor etwa 13 Milliarden Jahren entstanden sind, also nur etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall.
Da man annimmt, dass massearme Galaxien wie diese das frühe Universum dominiert haben, sind sie ein hervorragende Objekte für Forscher wie McQuinn, die sich mit der Untersuchung früher Sternentstehungsraten befassen.
„Indem wir so tief blicken und so klar sehen, sind wir tatsächlich in der Lage, in die Vergangenheit zu reisen“, sagte McQuinn. „Im Grunde führt man eine Art archäologische Ausgrabung durch, um die sehr massearmen Sterne zu finden, die früh in der Geschichte des Universums entstanden sind.“
Die Beobachtungsleistung des JWST hat es Astronomen endlich ermöglicht, diese lichtschwachen Galaxien wie nie zuvor zu vergrößern.
Die Erforschung kleiner Galaxien bringt große wissenschaftliche Vorteile mit sich
Galaxien mit geringer Masse wie WLM sind lichtschwach und weit über den Himmel verteilt; sie bilden den Großteil der Galaxien in der lokalen Gruppe der Milchstraße. WLM nimmt jedoch eine privilegierte Stellung in der hantelförmigen lokalen Gruppe ein, da die Existenz am Rand dieser Ansammlung sie isoliert hält und verhindert, dass der Gravitationseinfluss anderer Galaxien ihre Sternpopulation verwüstet.
Dies und die Tatsache, dass es sich um ein dynamisches, komplexes System voller Gas und Staub handelt, machen WLM zu einem faszinierenden Ziel für Astronomen.
Um die Sternentstehungsgeschichte von WLM und die Rate, mit der Sterne in verschiedenen Epochen geboren wurden, zu bestimmen, hat das JWST Himmelsbereiche vergrößert, die WLM entsprechen und Hunderttausende einzelner Sterne enthalten. Anschließend maß das Team die Farben und Helligkeiten dieser Sterne, um ihr Alter zu bestimmen.
„Wir können das, was wir über die Sternentwicklung wissen und was diese Farben und Helligkeiten anzeigen, nutzen, um das Alter der Sterne der Galaxie grundsätzlich zu bestimmen“, sagte McQuinn.
Sie und ihre Kollegen wandten sich an den Amarel-Hochleistungscomputercluster, der vom Rutgers Office of Advanced Research Computing verwaltet wird, um an die Daten des JWST zu gelangen. Dies ermöglichte es ihnen, Sterne unterschiedlichen Alters zu zählen und so die Geburtsrate von Sternen im Laufe der Geschichte des Universums aufzuzeichnen.
„Was man am Ende hat, ist ein Gefühl dafür, wie alt die Struktur, die man betrachtet, ist“, sagte McQuinn.
Das Auf und Ab der Sterngeburt
Die Forscher sahen, dass die Produktion von Sternen den Daten zufolge abnahm und abnahm, wobei WLM über einen Zeitraum von 3 Milliarden Jahren, der zwischen 2 und 4 Milliarden Jahre nach dem Urknall begann, die meisten Sterne produzierte.
Diese Sternentstehung wurde gestoppt, bevor sie wieder begann; McQuinn führt diese Pause auf Bedingungen zurück, die für das frühe Universum spezifisch waren.
„Das Universum war damals wirklich heiß. Wir glauben, dass die Temperatur des Universums letztendlich das Gas in dieser Galaxie erhitzte und die Sternentstehung für eine Weile blockierte“, sagte sie. „Die Abkühlungsphase dauerte einige Milliarden Jahre, und dann ging die Sternentstehung erneut vonstatten.“
Die neue Forschung zeigt deutlich, welche vielfältigen Einsatzmöglichkeiten Astronomen für das JWST haben, das am Weihnachtstag 2021 startete und im Sommer 2022 mit der Rücksendung von Daten begann.
Darüber hinaus ist McQuinn der Ansicht, dass der große Rechenaufwand des Amarel-Hochleistungsrechenclusters bei der Kalibrierung und Verarbeitung von JWST-Daten zur Erzielung dieser Ergebnisse mehrere Verarbeitungsverfahren aufzeigt, die der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft zugute kommen könnten.
Die Forschungsergebnisse des Teams werden im Astrophysical Journal veröffentlicht."