Frühe Sternentstehung nach dem Urknall

In der Galaxie MACS1149-JD1 sind bereits 250 Millionen Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne entstanden. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Astronomenteams mit der Radioteleskopanlage ALMA in Chile. Damit stellt die Galaxie einen neuen Rekord auf. Die Entdeckung zeige, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“, dass mit künftigen Großteleskopen wie dem James Webb Space Telescope eine direkte Beobachtung der ersten Sternentstehung im Kosmos möglich sein könnte.

„Die Suche nach den ersten Galaxien und die Erforschung ihres Einflusses auf das intergalaktische Medium in der Frühzeit des Kosmos zählen zu den fundamentalen Bestrebungen der heutigen Astronomie“, erläutern Takuya Hashimoto von der Osaka-Sangyo-Universität in Japan und seine Kollegen. Je weiter man sich dem Urknall annähere, desto weniger sternenbildende Galaxien finde man zwar. Doch auf die entscheidende Frage, wann die erste Sternentstehung eingesetzt hat, haben Himmelsforscher bislang keine endgültige Antwort gefunden.

Hashimoto und seine Kollegen untersuchten mit den 66 Radioantennen von ALMA nun die Galaxie MACS1149-JD1, die sich von der Erde aus gesehen genau hinter einem massereichen Galaxienhaufen befindet. Mit seiner Schwerkraft wirkt dieser als Gravitationslinse und bündelt das Licht des fernen Sternsystems, dessen Strahlung dadurch 15-fach verstärkt wird. Nur so war es möglich, dass Spektrum von MACS1149-JD1 mit hoher Genauigkeit zu vermessen. Anhand einzelner Spektrallinien gelang es den Forschern schließlich, die Rotverschiebung von MACS1149-JD1 exakt zu bestimmen. Dieser Wert beschreibt, wie stark die Wellenlänge des Lichts auf seiner Reise zur Erde durch die Expansion des Weltalls gestreckt wurde. Damit ist die Rotverschiebung zugleich ein Maß für die Entfernung der Galaxie. Das Licht von MACS1149-JD1 benötigt demnach 13,24 Milliarden Jahre zur Erde. Entsprechend sehen die Astronomen die Galaxie so, wie sie vor 13,24 Milliarden Jahren ausgesehen hat, also 550 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Durch die genaue Kenntnis der Rotverschiebung konnten Hashimoto und seine Kollegen auch Informationen über die Sterne in der Galaxie erhalten. Dazu analysierten sie die Farbe des Sternsystems – oder genauer: die spektrale Energieverteilung des Spektrums. „Die rote Farbe der Galaxie stammt hauptsächlich von Sternen, die bereits 250 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sein müssen“, so die Forscher. Das ist ein neuer Rekord. Nun hofft das Team, das Verfahren auch bei anderen Galaxien anwenden zu können – und so zu zeigen, dass MACS1149-JD1 keine Ausnahme ist.