Astronomen finden frühesten Zwilling der Milchstraße

Zurück auf Anfang: Ein Milchstraßen-Zwilling aus der Zeit nur 600 Millionen Jahre nach dem Urknall könnte verraten, wie unsere Galaxie einst entstand. Denn Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop enthüllen erstmals die interne Struktur einer solchen massearmen Junggalaxie. Demnach besaß „Firefly Sparkle“ noch keine Sternscheibe, stattdessen waren ihre Sterne in zehn dichten Kugelsternhaufen konzentriert. Solche Haufen könnten auch die Vorläufer unserer Milchstraße gewesen sein, wie die Astronomen in „Nature“ berichten.

Unsere Milchstraße entstand schon in der Frühzeit des Kosmos vor mehr als 13 Milliarden Jahren. Davon zeugen uralte, metallarme Sterne im galaktischen Zentrum, die noch aus den Vorläufern unserer Heimatgalaxie stammen könnten. Zwei dieser Sternpopulationen haben Astronomen Anfang 2024 näher kartiert. Sie legen nahe, dass die Milchstraße aus mehreren protogalaktischen Sternenansammlungen hervorgegangen sein könnte. Doch wie ihre Frühform aussah und heranwuchs, ist noch weitgehend ungeklärt.

Schmächtige Junggalaxie aus der Frühzeit des Kosmos

Jetzt gibt ein früher Zwilling unserer Heimatgalaxie neue Einblicke. Die Galaxie „Firefly Sparkle“ existierte schon rund 600 Millionen Jahre nach dem Urknall und war damals noch ziemlich schmächtig: Sie umfasste nur rund zehn Millionen Sonnenmassen an Sternen, wie ein Team um Lamiya Mowla vom Wellesley College in Massachusetts ermittelt hat. Das macht diese ferne Galaxie zu einer der masseärmsten bisher im frühen Universum beobachteten. Unter normalen Umständen wäre sie zudem viel zu lichtschwach, um sichtbar zu sein.

Doch den Astronomen kam ein kosmischer Zufall zu Hilfe: Der Gravitationslinsenneffekt sorgt dafür, dass Firefly Sparkle größer und heller erscheint als für ihre enorme Entfernung normal. Dabei lenkt die enorme Schwerkraft eines im Vordergrund vorbeiziehenden Galaxienhaufens das Licht der Galaxie so ab, dass ihre Strukturen vergrößert werden. Mowla und ihr Team nutzten dies, um Firefly Sparkel erstmals mit dem hochauflösenden NIRSpec-Spektrometer des James-Webb-Teleskops zu untersuchen.

„Diese Beobachtungen liefern uns die ersten spektroskopischen Ansichten einer typischen Galaxie im Frühstadium, im erst 600 Millionen Jahre alten Universum“, schreiben die Astronomen.

Kugelsternhaufen statt Sternenscheibe

Die Aufnahmen zeigen zum ersten Mal, wie ein Milchstraßenvorläufer in der Frühzeit des Kosmos ausgesehen haben könnte. „Firefly Sparkle zeigt die Merkmale einer jungen, gasreichen Galaxie in ihrem frühen Bildungsstadium“, berichten Mowla und ihre Kollegen. Doch die Sterne dieser Junggalaxie bildeten noch keine Sternenscheibe, sondern waren in zehn Kugelsternhaufen konzentriert. Diese ähnelten in Größe und Masse den Kugelsternhaufen der heutigen Milchstraße, waren aber deutlich metallärmer.

Nähere Analysen ergaben jedoch, dass die zehn Kugelsternhaufen von Firefly Sparkle weit dichter und gasreicher als heutige Kugelsternhaufen waren. Sie bilden zudem mehr besonders massereiche Sterne als im modernen Kosmos üblich und die Gase in diesen Haufen waren auf ungewöhnlich hohe Temperaturen aufgeheizt, wie die Astronomen feststellten. „Damit zeigt Firefly Sparkle die Kennzeichen einer Sternbildung unter extremen Bedingungen“, erklären sie.

Modell für die frühe Milchstraße?

Nach Ansicht der Astronomen liefert Firefly Sparkle damit wertvolle Hinweise darauf, wie die Milchstraße und andere Galaxien im frühen Kosmos entstanden sind. Demnach könnten große Kugelsternhaufen als Vorläufer und Bausteine der späteren Galaxie gedient haben. Die intensive Sternbildung in diesen protogalaktischen Sternhaufen lieferte die stellare Masse, aus der dann später durch Verschmelzung der Haufen die Galaxie heranwuchs.

„Firefly Sparkle legt nahe, dass sich frühe Galaxien durch solche dichten Sternenhaufen entwickelt haben könnten“ , konstatieren Mowla und ihre Kollegen. Was jedoch dann im weiteren Verlauf der Galaxienentwicklung mit solchen „Gründerhaufen“ passierte, ist noch ungeklärt. „Sie könnten bis zum heutigen Tag überdauert haben oder aber durch die Gezeitenkräfte in der entstehenden Sternenscheibe der Galaxie zerrissen und nur als Kernhaufen im Galaxienzentrum erhalten geblieben sein“, erklären die Astronomen.

Noch konnte dieser erste Einblick in die Struktur eines frühen Milchstraßenzwillings nicht alle Fragen klären. Doch das Astronomenteam hofft, in weiteren Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop noch mehr über Firefly Sparkle und seine Zeitgenossen herauszufinden. (Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-08293-0)

Quelle: Nature