James-Webb-Teleskop enthüllt turbulente, ungleichmäßige Galaxien im frühen Universum

Untersuchung und Hauptergebnisse

Forscher der University of Cambridge analysierten über 250 Beobachtungen des James Webb Space Telescope von Galaxien, die etwa 800 Millionen bis 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierten. Anstatt einer Dominanz von glatten, rotierenden Scheiben stellte das Team fest, dass die meisten Galaxien in dieser frühen Periode unregelmäßig, klumpig und dynamisch turbulent sind.

Die Studie untersuchte Gasbewegungen in einer großen Population von relativ massearmen Galaxien und fand ein breites Spektrum an kinematischen Zuständen. Einige Systeme zeigen Anzeichen einer beginnenden geordneten Rotation, doch die Mehrheit weist ungeordnete Gasbewegungen auf, die mit häufigen Verschmelzungen, intensiven Sternentstehungsepisoden und Gravitationsinstabilitäten übereinstimmen.

Technik: NIRCam-Grism-Spektroskopie

Das Team nutzte schlitzlose Spektroskopie des NIRCam-Instruments des Teleskops, das im Grism-Modus betrieben wurde. Grisms trennen das einfallende Licht in Wellenlängen im Bereich von 2,4 bis 5,0 Mikrometern auf, was die Messung von Infrarot-Emissionslinien ermöglicht, die die Kinematik des ionisierten Gases nachzeichnen. Das Instrument bietet ein spektrales Auflösungsvermögen in der Größenordnung von 1.600, was detaillierte Geschwindigkeitsmessungen über Galaxien hinweg ermöglicht.

Ursprünglich für die optische Justierung entwickelt, bieten die Grisms der NIRCam sowohl Weitfeld-Spektroskopie als auch Zeitserien-Modi. Für diese Arbeit wendeten die Forscher einen neuen Algorithmus auf die Grism-Spektren und die vorhandene Bildgebung an, um die Gasbewegungen innerhalb einzelner Galaxien in der untersuchten Stichprobe abzubilden.

Kontext und Interpretation

Die Ergebnisse helfen dabei, den Übergang von der Epoche der Reionisierung zum späteren Höhepunkt der kosmischen Sternentstehung, der oft als „kosmischer Mittag“ (cosmic noon) bezeichnet wird, nachzuvollziehen. Sie zeigen, wie sich kleine, chaotische Bausteine allmählich zu geordneteren Strukturen wie den Spiralen entwickelten, die im nahen Universum zu sehen sind.

Nächste Schritte

Veröffentlichung

Die Ergebnisse erscheinen in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in einem Paper mit dem Titel „The Dawn of Disks: Unveiling the Turbulent Ionised Gas Kinematics of the Galaxy Population at z ~ 4–6 with JWST/NIRCam Grism Spectroscopy“.