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Galaxie „Misty Moons“ gibt einen Einblick in die Sternbildung im jungen Universum
Als das Universum erst wenige Hundert Millionen Jahre alt war, könnten viele junge Galaxien aus kompakten Sternansammlungen bestanden haben. Bei der fernen Galaxie „Misty Moons“ macht eine kosmische Gravitationslinse solche Klumpen sichtbar. Sie enthalten nach der bevorzugten Auswertung mehr als 80 Prozent ihrer Sternmasse, wobei andere Berechnungen niedrigere Anteile ergeben.
Kashiwa (Japan). Die frühesten Galaxien erscheinen selbst auf Aufnahmen des James-Webb-Weltraumteleskops häufig als schwache, kompakte Lichtflecken. Deshalb ist nur schwer zu erkennen, ob sich ihre Sterne gleichmäßig verteilen oder in vielen dichten Ansammlungen konzentrieren.
Eine ungewöhnliche Beobachtungshilfe bietet die Schwerkraft massereicher Galaxienhaufen zwischen solchen fernen Objekten und der Erde. Sie krümmt die Lichtstrahlen wie eine kosmische Linse, sodass dahinterliegende Galaxien vergrößert, verzerrt und manchmal sogar mehrfach abgebildet werden.
Forscher der Universität Tokio (UTokyo) um Minami Nakane haben die Galaxie „Misty Moons“ nun mit Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops untersucht. Das Objekt wurde im Programm Vast Exploration for Nascent, Unexplored Sources (VENUS) hinter dem Galaxienhaufen MACS J0257.1-2325 entdeckt.
Zwei unabhängig erstellte Modelle der Gravitationslinse sagen fünf Abbilder der Hintergrundgalaxie voraus. Zwei davon sind besonders hell und erscheinen um das 20- bis 30-Fache vergrößert. Es sind keine verschiedenen Galaxien, sondern unterschiedliche Ansichten derselben fernen Sterneninsel.
In einem der beiden stark vergrößerten Bilder lassen sich vier kompakte Sternklumpen unterscheiden, im anderen drei. Nach der rechnerischen Korrektur der Linsenverzerrung ergeben sich für die einzelnen Ansammlungen Radien von etwa zehn bis 70 Parsec, also rund 30 bis 230 Lichtjahren.
Jeder dieser Klumpen besitzt den Modellrechnungen zufolge eine Sternmasse von ungefähr zehn Millionen Sonnenmassen. In der bevorzugten Auswertung vereinen die kompakten Strukturen mehr als 80 Prozent der gesamten Sternmasse der Galaxie auf sich. Das deutet auf eine stark gebündelte Sternentstehung in dieser frühen Entwicklungsphase hin.
Wie hoch dieser Anteil tatsächlich ist, hängt allerdings von der Zuordnung des schwachen, diffus verteilten Sternenlichts ab. Eine alternative Berechnung liefert Zentralwerte von rund 44 und 54 Prozent für die beiden Abbilder, jeweils mit großen Unsicherheiten. Die hohe Konzentration ist deshalb ein deutlicher Hinweis, aber kein exakt bestimmter Massenanteil.
Die beobachteten Farben sprechen dafür, dass die Klumpen überwiegend junge Sterne enthalten und kaum durch Staub verdeckt sind. Je nach verwendetem Modell ergeben sich typische Sternenalter von etwa 20 bis 70 Millionen Jahren. Diese Werte beschreiben die abgeleiteten Sternpopulationen und keine direkt gemessenen Lebensalter einzelner Sterne.
Um den Effekt der Gravitationslinse zu testen, haben die Forscher berechnet, wie „Misty Moons“ ohne die starke Vergrößerung erscheinen würde. In der simulierten Aufnahme verschwimmen die getrennten Ansammlungen zu einer vergleichsweise glatten Lichtverteilung. Die Galaxie ähnelt dann anderen lichtschwachen Galaxien aus derselben frühen Epoche.