Sternhaufen in früher Galaxie

Die Galaxie Cosmic Gems Arc liegt so weit von uns entfernt, dass wir sie so beobachten, wie sie 460 Millionen Jahre nach dem Urknall ausgesehen hat. Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop ist es Forschenden jetzt erstmals gelungen, mögliche Kugelsternhaufen in dieser Galaxie aufzulösen. Im Fachmagazin „Nature“ berichten sie, welche Bedeutung Sternhaufen wie diese für das frühe Universum hatten.

Das Universum war nicht immer so lichtdurchlässig wie wir es heute kennen. Einst blockierte Wasserstoffgas den Blick in alle Richtungen. Geändert hat dies erst die sogenannte Reionisierungsphase: Während dieser Phase ionisierte UV-Licht der ersten Sterne die freien Wasserstoffatome im All und zerlegte sie so in ihre Einzelteile – Elektronen und Protonen. Je mehr Gas ionisiert war, desto weiter reichte das Sternenlicht durch den Weltraum und trennte wiederum immer mehr Elektronen von den Wasserstoffkernen. Etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall war die Reionisierungsphase abgeschlossen und das Universum transparent.

Galaxien aus dieser Zeit sind schwer zu beobachten. Bei der Galaxie Cosmic Gems Arc ist es nur gelungen, weil Forschende den sogenannten Gravitationslinseneffekt ausnutzen konnten: Dabei liegt das beobachtete Objekt von uns aus gesehen hinter einem Galaxienhaufen, der es durch seine starke Gravitation wie eine Linse vergrößert. Bereits 2018 konnten Forschende Cosmic Gems Arc mit dem Hubble-Teleskop beobachten und schon damals vermuteten sie, dass die Galaxie eine der UV-Lichtquellen war, die für die Reionisierung des Universums gesorgt haben. Denn die Galaxie strahlt UV-Licht im richtigen Bereich aus. Mit Hubble gelang es allerdings nicht, einzelne Komponenten innerhalb der Galaxie aufzulösen.

Früh, klein und kompakt

Nun haben Angela Adamo von der Universität Stockholm und ihr Team Cosmic Gems Arc mit dem NIRCam-Instrument des James-Webb-Weltraumteleskops untersucht und darin fünf Kandidaten für Kugelsternhaufen identifiziert. Aus den Beobachtungsdaten, kombiniert mit Modellen zum Gravitationslinseneffekt, schlossen die Forschenden, dass die Sternhaufen jeweils etwa drei Lichtjahre groß und zwischen neun und 36 Millionen Jahre alt sind.

Im Vergleich zu Kugelsternhaufen in unserer näheren kosmischen Umgebung seien die Kugelsternhaufen im Cosmic Gems Arc damit kleiner und deutlich kompakter, so die Forschenden. Möglicherweise sorgte diese Eigenschaft dafür, dass die Sternhaufen die nötige UV-Strahlung produzieren konnten, um den umliegenden interstellaren und intergalaktischen Wasserstoff zu ionisieren.

Beobachtungen wie diese helfen buchstäblich, Licht ins Dunkle zu bringen und die Reionisierungsphase besser zu verstehen – vor allem wie sich die Eigenschaften damaliger Galaxien von jüngeren unterscheiden. Fürs erste bleiben die entdeckten Objekte jedoch nur Kandidaten, bis weitere Messungen sie als Kugelsternhaufen bestätigen.