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JWST enttarnt zwei vermeintliche Quasare als extrem sternbildende Galaxien
Zwei extrem helle Objekte aus der Reionisierungsepoche galten bislang als lichtschwache Quasare. Neue Spektren des James-Webb-Weltraumteleskops sprechen stattdessen für junge, heftig sternbildende Galaxien mit großen Populationen sehr massereicher Sterne. Die noch nicht fachbegutachtete Analyse zeigt zugleich, wie leicht solche Systeme die Statistik früher Galaxien und Quasare verzerren können.
Leiden (Niederlande). Im jungen Universum überlappen sich die Helligkeitsbereiche besonders leuchtkräftiger Galaxien und vergleichsweise schwacher Quasare. Beide können ein blaues Ultraviolettspektrum und eine starke Lyman-alpha-Linie zeigen, weshalb kurze Entdeckungsspektren die beiden Quelltypen nicht immer sicher trennen.
Genau in diesem Grenzbereich liegen J1450−0144 und J1429−0104 bei Rotverschiebungen von 6,63 und 6,80. Beide wurden im SHELLQs-Survey zunächst als Quasare eingeordnet, besitzen aber eine außergewöhnlich hohe absolute UV-Helligkeit von etwa −23,5 Magnituden. Neue Beobachtungen zeichnen nun ein anderes Bild.
Forscher der Leiden University um Daming Yang haben die beiden Objekte mit dem Nahinfrarot-Spektrografen NIRSpec des James-Webb-Weltraumteleskops und mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) untersucht. Die noch nicht fachbegutachtete Studie kombiniert damit Sternlicht im Ultraviolettbereich mit Messungen von kaltem Gas und Staub.
In den JWST-Spektren erscheinen ausgeprägte P-Cygni-Profile in mehreren hoch ionisierten Elementen. Dabei liegt eine blauverschobene Absorption neben einer Emissionskomponente, wie sie durch schnelle Sternwinde entsteht. Zusätzlich finden die Forscher breite He-II-Emission bei 1.640 Angström, während breite Lyman-alpha- und Mg-II-Linien fehlen. Schmale Linien von ionisiertem Gas passen ebenfalls besser zu intensiver Sternbildung als zu einem unverdeckten Quasar.
Damit stufen die Autoren beide Quellen als extrem UV-leuchtkräftige Galaxien ein. Nach ihrer Analyse sind J1450−0144 und J1429−0104 die ersten spektroskopisch bestätigten Vertreter dieser Klasse bei Rotverschiebungen über 6,5 und einer absoluten UV-Helligkeit heller als −23 Magnituden.
Besonders aufschlussreich ist die breite He-II-Linie. Standardmodelle der Sternpopulation, selbst mit Sternen bis 300 Sonnenmassen, reproduzieren zwar einige Windprofile, unterschätzen diese Heliumemission aber deutlich. Modelle mit einer eigenen Behandlung der dichten Winde sehr massereicher Sterne können dagegen He II sowie die P-Cygni-Signaturen gleichzeitig erklären.
Für J1450−0144 bevorzugen diese Modelle eine sehr junge Sternbildungsphase von etwa zwei bis vier Millionen Jahren. Aus der Anpassung ergeben sich rund 540 Sonnenmassen neu gebildeter Sterne pro Jahr. Für J1429−0104 liegt der entsprechende Bestwert bei rund 300 Sonnenmassen pro Jahr, doch Alter und obere Massengrenze der Sternpopulation sind dort deutlich stärker miteinander gekoppelt.
Die Winddiagnostik deutet für J1429−0104 auf eine obere Sternmasse von mindestens etwa 225 Sonnenmassen hin. J1450−0144 liegt sogar jenseits des Modellgitters, das bis 475 Sonnenmassen reicht. Diese Zahlen sind keine direkten Massenmessungen einzelner Sterne. Die Autoren betonen, dass die genaue Obergrenze stark von den angenommenen Sternwindmodellen abhängt.
Robuster ist die Schlussfolgerung, dass beide Galaxien große Populationen sehr massereicher Sterne enthalten. Aus Sternmasse und UV-Leuchtkraft leiten die Forscher modellabhängig etwa 100.000 bis eine Million Sterne mit mehr als 100 Sonnenmassen pro Galaxie ab.