Galaxie zeigt Spuren von Reionisierung

Im Dezember 2021 ist das James-Webb-Teleskop ins All gestartet und macht seither unzählige bahnbrechende Aufnahmen. So ermöglicht es auch einen Blick auf die ersten Galaxien des Universums. Nun gelang es einem Forschungsteam, eine Galaxie nur 330 Millionen Jahre nach dem Urknall zu beobachten. Im Fachmagazin „Nature“ berichtet es, was das Licht dieser Galaxie über die Anfänge des Kosmos verrät.

Zu Beginn des Universums vor über 13 Milliarden Jahren war es so heiß und dicht, dass es keine Atome, sondern nur Ionen, also geladene Teilchen, gab. Mit der Zeit kühlte es sich allerdings ab und Elektronen und Protonen verbanden sich zu Wasserstoffatomen. Das war auch der Startschuss für die sogenannte Epoche der Reionisierung, in der sich die ersten Himmelskörper – und später Galaxien – bildeten. Sie hat etwa in dem Zeitraum zwischen 150 Millionen Jahre und einer Milliarde Jahre nach dem Urknall stattgefunden.

In dieser Phase produzierten Galaxien ultraviolettes Licht, das auf die Wasserstoffatome traf. Dadurch wurden sie ionisiert, also geladen. Ultraviolett strahlende Galaxien aus der Zeit der Reionisierung hat das James-Webb-Weltraum-Teleskop bereits entdeckt. Doch dass sich dadurch Wasserstoff ionisierte, konnte bisher niemand beobachten.

Ein aussagekräftiges Signal

Nun analysierte Joris Witstok vom Niels Bohr Institut in Kopenhagen und sein Team die Strahlung der frühen Galaxie JADES-GS-z13-1-LA. In Spektren, die sie mit dem James-Webb-Weltraumteleskop aufgenommen hatten, fanden sie ein bestimmtes Signal von Wasserstoffatomen: den sogenannten Lyman-α-Übergang. Wie Witstock und sein Team erläutern, lasse sich aus dem Signal ableiten, wie viel ultraviolettes Licht aus der Galaxie Wasserstoff ionisieren konnte.

Laut den Forschenden sei entweder ein supermassereiches Schwarzes Loch oder eine Reihe massereicher heißer Sterne in der Galaxie für das UV-Licht und damit die Reionisierung verantwortlich. Das genauer zu untersuchen, könnte jedoch schwierig werden. Denn bereits die aktuelle Untersuchung am James-Webb-Weltraumteleskop dauerte 19 Stunden und ein höher aufgelöstes und deutlicheres Signal zu erhalten, wäre noch aufwendiger. Doch das Team um Witstock betont: Mit solchen Entdeckungen lasse sich die Zeit der Reionisierung zeitlich genauer eingrenzen und besser verstehen, wie sich Galaxien entwickeln.