In einer fernen, fernen Galaxie namens MACS1149-JD1, die 13,28 Milliarden Lichtjahre entfernt liegt, haben Astronomen Sauerstoff gefunden, der ihrer Meinung nach nur 500 Millionen Jahre nach dem Urknall dort auftreten könnte. Wissenschaftler, die einen Artikel über die Entdeckung in der Zeitschrift Nature geschrieben haben, sagen, dass dies die früheste Entdeckung von Sauerstoff auf der Skala des Zeitalters des Universums ist. Darüber hinaus ist die von Forschern entdeckte Galaxie die am weitesten entfernte Galaxie mit einer zuverlässig bestimmten Entfernung. Modelle zeigen, dass sich vor über 13,5 Milliarden Jahren die ersten Sterne darin zu bilden begannen.
Nach dem Urknall fanden im Universum komplexe Prozesse statt - erste Quarks, Hadronen und andere subatomare Teilchen wurden geboren, und danach erschienen die ersten Atome, die Teil der primären Sternmaterie wurden. Als die Wasserstoffrekombination stattfand und das Universum sich abzukühlen begann, tauchte es in das "dunkle Zeitalter" ein. Zu dieser Zeit waren die ersten Sterne noch nicht beleuchtet und Quasare wurden nicht geboren - aktive galaktische Kerne mit einem supermassiven Schwarzen Loch im Inneren. Diese Ära endete mit der "kosmischen Morgendämmerung" - der Entstehung der alten Galaxien, die wir heute registrieren. Ihre Suche ist wichtig, um festzustellen, wie die Entwicklung des Universums und der chemischen Grundelemente stattgefunden hat.
Ein internationales Team von Astronomen unter der Leitung von Takuya Hashimoto von der Sanyo-Universität in Osaka beobachtete die sehr entfernte Galaxie MACS1149-JD1 mit dem ALMA-Teleskop und entdeckte ein sehr schwaches Leuchten von ionisiertem Sauerstoff. Aufgrund der Expansion des Universums hat sich die Wellenlänge der anfänglich infraroten Strahlung während ihrer Raumfahrt mehr als verzehnfacht. Die Rotverschiebung der Quelle zeigte an, dass das von Wissenschaftlern aufgezeichnete Signal vor 13,3 Milliarden Jahren oder nur 500 Millionen Jahre nach dem Urknall ausgesendet wurde. Dies ist die längste Entfernung, die jemals für Sauerstoff aufgezeichnet wurde, und ihre Anwesenheit weist darauf hin, dass auch in dieser Galaxie frühere Generationen von Sternen existieren müssen.
Zusätzlich zu den bei ALMA aufgezeichneten Sauerstoffemissionen stellten die Forscher mit dem VLT auch schwächere Wasserstoffemissionen fest. Die aus diesen Beobachtungen ermittelte Entfernung zur Galaxie stimmt mit der aus der Sauerstofflinie erhaltenen überein. Somit stellt sich heraus, dass MACS1149-JD1 die am weitesten entfernte Galaxie mit einer zuverlässig bestimmten Entfernung und die am weitesten entfernte Galaxie ist, die jemals auf ALMA oder VLT beobachtet wurde.
Das erste vergrößerte Bild zeigt, welche Galaxie MACS1149-JD1 vom VLT der ESO gesehen wurde. Das zweite ist, wie das Hubble-Weltraumteleskop diese Galaxie sah. Die weißen Umrisse zeigen die Zonen des ionisierten Sauerstoffs, die vom ALMA-Teleskop gesehen werden.
„Wir sehen diese Galaxie in einer Zeit, als das Universum nur 500 Millionen Jahre alt war - und es stellt sich heraus, dass es zu dieser Zeit bereits von reifen Sternen bewohnt war“, erklärt Nicolas Laporte, zweiter Autor des Artikels.
"Mit dieser Galaxie können wir eine frühere, völlig unbekannte Periode in der Weltraumgeschichte untersuchen."
Für einige Zeit nach dem Urknall gab es keinen Sauerstoff im Universum: Er trat als Ergebnis von Fusionsprozessen im Darm der ersten Sterne auf und wurde dann, als Supernova-Explosionen auftraten, im Weltraum verstreut. Die Sauerstoffregistrierung in MACS1149-JD1 zeigt, dass sich diese frühen Generationen von Sternen bereits 500 Millionen Jahre nach dem Beginn des Universums gebildet haben und es geschafft haben, genügend Sauerstoff zu produzieren. Um herauszufinden, wann die ersten Leuchten auftauchten, rekonstruierten die Forscher die frühe Geschichte von MACS1149-JD1 aus Infrarotdaten, die mit den Hubble- und Spitzer-Teleskopen erhalten wurden. Es stellte sich heraus, dass die beobachtete Helligkeit der Galaxie durch ein Modell gut erklärt wird, bei dem der Beginn der Sternentstehung auf eine Epoche nur 250 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückgeht. Darüber hinaus wird heute geglaubtdass das "dunkle Zeitalter" 377 Millionen Jahre nach der Geburt des Universums kam - das heißt, es sollte angenommen werden, dass sich MACS1149-JD1 im Zeitalter der Rekombination zu bilden begann.
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MACS1149-JD1 lässt Wissenschaftler sich fragen, wann die ersten Galaxien entstanden sind. Das Alter des entdeckten Objekts weist darauf hin, dass es lange vor der Ära existierte, in der wir sie jetzt registrieren können.
In der Vergangenheit wurde der am weitesten entfernte Sauerstoff in einer Galaxie gefunden, die 700 Millionen Jahre nach dem Urknall geboren wurde. Nach Schätzungen der Forscher war seine Menge etwa zehnmal geringer als die beobachtete Sauerstoffmenge in der Sonne.
Nikolay Khizhnyak
