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JWST enthüllt verborgene Galaxien um Little Red Dots
Rote Rätsel mit Umgebung: Auf Einzelbildern wirken die fernen Little Red Dots fast punktförmig. Erst das Stapeln von 217 Aufnahmen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) macht eine schwache, ausgedehnte Komponente sichtbar. Sie passt zu kompakten Wirtsgalaxien mit rund einer Milliarde Sonnenmassen und nur etwa 210 Parsec Radius.
Wuhan (China). Die sogenannten Little Red Dots gehören zu den auffälligsten Entdeckungen des JWST. Diese fernen, rötlichen Objekte tauchen im jungen Kosmos auf und bleiben selbst in hochauflösenden Aufnahmen ungewöhnlich kompakt. Bei vielen deuten Spektren auf aktive Schwarze Löcher, doch die zugehörigen Galaxien waren im sichtbaren Licht ihrer eigenen Epoche bisher nur schwer nachzuweisen.
Forscher der Wuhan University (WHU) um Prof. Xuheng Ding haben nun untersucht, ob sich das schwache Sternenlicht solcher Wirtsgalaxien statistisch sichtbar machen lässt. Dafür analysierte das Team 217 Little Red Dots aus der COSMOS-Web-Durchmusterung mit vier Filtern der Nahinfrarotkamera NIRCam. Die Objekte liegen typischerweise bei einer Rotverschiebung um z ≈ 6,5 und stammen damit aus den ersten rund eine Milliarde Jahren der kosmischen Geschichte.
Das Problem ist der helle, nahezu punktförmige Kern. Bei einem einzelnen Little Red Dot überstrahlt er eine mögliche ausgedehnte Komponente weitgehend. Die Forscher modellierten deshalb zunächst den punktförmigen Anteil, zogen ihn aus den Aufnahmen ab und legten anschließend die verbliebenen Restbilder vieler Objekte passgenau übereinander. Dieses Stapeln verstärkt Strukturen, die bei einzelnen Quellen unter dem Rauschen bleiben.
Im langwelligsten untersuchten Filter F444W erschien so ein klarer Überschuss außerhalb des Zentrums. Ein Kontrolltest mit 263 Sternen, die mit demselben Verfahren bearbeitet wurden, zeigte kein vergleichbares ausgedehntes Muster. Das spricht dagegen, dass allein Fehler im Modell der Punktabbildungsfunktion oder das Stapelverfahren selbst das Signal erzeugen.
Im F444W-Band, das bei dieser Entfernung Licht aus dem optischen Bereich der fernen Objekte erfasst, hat die gestapelte Wirtskomponente einen typischen effektiven Radius von rund 210 Parsec. Das entspricht etwa 685 Lichtjahren. Ihre Helligkeit liegt bei ungefähr 27,7 AB-Magnituden, weshalb sie bei den meisten Einzelobjekten nicht zuverlässig sichtbar wird.
Aus der Helligkeit in vier Filtern leitete das Team mit Modellen für stellare Populationen eine mittlere Sternmasse von rund 1,05 Milliarden Sonnenmassen ab. Die veröffentlichten Daten sprechen damit für eine Wirtsgalaxie von grob einer Milliarde Sonnenmassen. Trotz dieser Masse ist sie extrem gedrängt: Ihr Radius ist ungefähr 2,5-mal kleiner als bei anderen sternbildenden Galaxien ähnlicher Masse aus einer vergleichbaren kosmischen Epoche.
Auch die Wellenlänge verändert das Bild. Im kurzwelligen, im Ruhesystem ultravioletten Licht ist die ausgedehnte Komponente größer als im optischen Bereich. Das passt dazu, dass junge Sterne und aktuelle Sternbildung weiter außen verteilt sein können, während das optische Licht die kompaktere stellare Masse stärker abbildet. Die Modellierung bevorzugt insgesamt eine Erklärung durch Sternenlicht gegenüber einer rein gasförmigen Nebelemission.
Damit liefern die Daten einen direkten Beobachtungshinweis auf Wirtsgalaxien der Little Red Dots im optischen Ruhesystem. Der Befund löst das Rätsel um die hellen Kerne jedoch nicht vollständig. Er zeigt vor allem, dass die roten Punkte zumindest im statistischen Mittel nicht isoliert sind, sondern in kleinen und ungewöhnlich dichten Sternsystemen sitzen.
Wichtig ist zudem die Grenze der Methode: Das ausgedehnte Licht ist bei den meisten einzelnen Little Red Dots zu schwach für einen sicheren Nachweis. Die ermittelten Größen und Massen beschreiben daher die gemittelten Eigenschaften der Stichprobe und müssen nicht auf jedes Objekt zutreffen. Weitere spektroskopische Beobachtungen sollen außerdem die Entfernungen und die Auswahl der Stichprobe genauer be