Die jüngste Entdeckung von sechs massereichen und voll ausgebildeten Galaxien durch das James Webb Space Telescope (JWST) hat die Astronomen vor ein Rätsel gestellt. Diese Galaxien, die sich in einer Entfernung von etwa 12 Milliarden Lichtjahren befinden und so beobachtet wurden, wie sie 500 bis 700 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden, lassen sich mit derzeitigen kosmologischen Modellen nicht erklären.

Fast so alt wie der Urknall: Teleskop spürt unmögliche Galaxien auf

Die Existenz dieser Galaxien stellt die Forschenden vor ein nicht unwesentliches Problem, da sie nach herkömmlichen Modellen nicht genug Zeit gehabt haben dürften, um zu einer solch kolossalen Größe heranzuwachsen. Dieser unerwartete Befund deutet darauf hin, dass unser Verständnis der Kosmologie und der Galaxienbildung im frühen Universum möglicherweise fehlerhaft ist.

„Wir haben noch nie Galaxien dieser kolossalen Größe beobachtet, so früh nach dem Urknall“, erklärt der leitende Forscher Professor Ivo Labbé von der Swinburne University of Technology. „Die sechs Galaxien, die wir gefunden haben, sind mehr als 12 Milliarden Jahre alt, nur 500 bis 700 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden, und erreichen Größen, die bis zu 100 Milliarden Mal so groß sind wie die Masse unserer Sonne. Das ist zu groß, um in den derzeitigen Modellen überhaupt zu existieren.“

Die Beobachtungen, die das JWST in den ersten Monaten seines Betriebs durchführte, konzentrierten sich auf die Untersuchung des Universums im Infrarotlicht. Auf diese Weise konnte das Teleskop das Licht aufspüren, das Milliarden von Jahren unterwegs war, um uns aus dem frühen Universum zu erreichen. Es ist so schwach, dass es sich aufgrund der Ausdehnung der Raumzeit in längere Infrarot-Wellenlängen ausdehnte. Das Hauptziel des Teleskops besteht darin, weiter in die Raumzeit hineinzuschauen als jedes andere Instrument vor ihm. Die Entdeckung dieser massiven Galaxien zeigt, dass es die Erwartungen bereits übertroffen hat.

Die Dämmerung des Universums

„Diese Objekte sind viel massereicher als erwartet“, ergänzt Joel Leja, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State, der das Licht dieser Galaxien modelliert hat. „Wir hatten erwartet, zu diesem Zeitpunkt nur winzige, junge Baby-Galaxien zu finden, aber wir haben Galaxien entdeckt, die so reif sind wie unsere eigene, und das in einem Bereich, den man früher für die Dämmerung des Universums hielt.“

Das Forschungsteam hat sich intensiv mit der Suche nach Fehlern in seiner Studie beschäftigt. Ihre Interpretation der Daten sei jedoch nach wie vor solide. Die Entdeckung der massereichen und voll ausgebildeten Galaxien zu einem so frühen Zeitpunkt in der Geschichte des Universums erfordert eine erhebliche Überarbeitung unserer derzeitigen wissenschaftlichen Erkenntnisse.

„Diese Entdeckung könnte unser Verständnis darüber verändern, wie die frühesten Galaxien in unserem Universum entstanden sind“, so Labbé. Derzeit würden Folgemessungen durchgeführt, um die Galaxien zu bestätigen und alternative Erklärungen auszuschließen. „Eine ebenso faszinierende Alternative ist, dass einige der Objekte zu einer neuen Klasse von neu entstehenden supermassereichen schwarzen Löchern gehören, die noch nie zuvor gesehen wurden.“

„Probleme für die Wissenschaft“

Die Dichte der Materie in diesen Galaxien übersteigt die Schätzungen für diesen Zeitraum, und die Menge an normaler Materie, die mit der Menge an dunkler Materie in den Halos dieser Galaxien in Spannung gerät, macht die Sache noch komplizierter. Es ist zwar möglich, dass es sich bei diesen Objekten nicht um Galaxien, sondern um etwas anderes handelt, beispielsweise um supermassereiche schwarze Löcher, aber die Konzentration von Masse an einem Ort zu einem so frühen Zeitpunkt im Universum bleibt schwer zu erklären.

Der nächste Schritt bei dieser Entdeckung wird darin bestehen, Spektren der Galaxien zu erhalten, um ihre Beschaffenheit, Entfernung, Größe und chemische Zusammensetzung zu ermitteln. Diese erste Entdeckung könnte der Beginn eines Wandels in der Art und Weise sein, wie wir die Welt um uns herum wahrnehmen, da sie die etablierte Wissenschaft unseres derzeitigen Verständnisses des Universums in Frage stellt. Diese „Universumsbrecher“ werden zweifellos zu weiteren Untersuchungen führen und könnte unser Bild des Kosmos erheblich verändern.

„Wir haben zum ersten Mal in das sehr frühe Universum geschaut und hatten keine Ahnung, was wir dort finden würden“, sagte Leja. „Es stellte sich heraus, dass wir etwas gefunden haben, das so so unerwartet, dass es Probleme für die Wissenschaft schafft. Es stellt das gesamte Bild der frühen Galaxienbildung in Frage.“

Quellen: Swinburne University of Technology; Pennsylvania State University; „A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang“ (Nature, 2023)

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