Webb entdeckt 8,5 Milliarden Jahre alte Quallengalaxie

In Daten des James Webb Space Telescope hat ein Team unter der Leitung der University of Waterloo einen Kandidaten für eine „Jellyfish-Galaxie“ (Quallen-Galaxie) identifiziert, deren Licht sie vor etwa 8,5 Milliarden Jahren verlassen hat. Katalogisiert bei einer Rotverschiebung von z = 1.156 und entdeckt in JWST-Beobachtungen des COSMOS-Feldes, weist das Objekt die langen, tentakelartigen Ströme aus Gas und jungen Sternen auf, die Jellyfish-Systeme in der näheren Umgebung definieren. Die Entdeckung, veröffentlicht als „JWST Reveals a Candidate Jellyfish Galaxy at z=1.156“ im Astrophysical Journal, verschiebt das Phänomen des Environmental Stripping weit früher in die kosmische Geschichte, als Astronomen bisher bestätigt hatten.

Entdeckung des James Webb Space Telescope im COSMOS-Feld

Das COSMOS-Feld – ein tiefer, überschaubarer Himmelsabschnitt, der genau deshalb ausgewählt wurde, weil er eine klare Sicht auf schwache, ferne Galaxien bietet – ist ein bewährtes Arbeitspferd für Durchmusterungen. Forscher untersuchten JWST-Aufnahmen und Spektroskopien aus dieser gut erforschten Region erneut und identifizierten den Jellyfish-Kandidaten auf der Suche nach Anzeichen für Galaxien, die durch ihre Umgebung aktiv verändert werden. Da das COSMOS-Feld nur minimale Vordergrundstörungen und eine sehr tiefe Multiwellenlängen-Abdeckung aufweist, ermöglicht es die Infrarot-Empfindlichkeit von JWST, Merkmale zu erkennen, die durch die kosmologische Distanz gedehnt und gerötet, aber dennoch räumlich aufgelöst sind.

Dr. Ian Roberts, ein Banting Postdoctoral Fellow am Waterloo Centre for Astrophysics, bezeichnete den Fund als unerwartet: Beim Durchforsten des Datensatzes bemerkte das Team eine ferne, nicht dokumentierte Galaxie mit einer unverkennbaren Morphologie – ein kompakter Kern mit langen, nachziehenden Filamenten. Die Kombination aus der Auflösung von JWST im nahen Infrarot und den vielschichtigen Daten von COSMOS ermöglichte es dem Team, die Rotverschiebung der Galaxie zu messen und ein physikalisches Bild eines Systems zu erstellen, das sich in einer dichten Umgebung früh in der Geschichte des Universums einem aktiven Stripping-Prozess unterzieht.

Was zeichnet eine Jellyfish-Galaxie aus?

Jellyfish-Galaxien sind eine morphologische Klasse, die nach ihren langen, tentakelartigen Schweifen aus Gas und neu gebildeten Sternen benannt ist, die hinter einer sich bewegenden Galaxie herziehen. Diese Schweife sind nicht dekorativ: Sie entstehen, wenn eine Galaxie durch heißes, dichtes Gas rast, das Galaxienhaufen ausfüllt. Der Druck dieses Intracluster-Mediums, der auf das interstellare Gas einer Galaxie wirkt – ein Prozess, der als Ram-Pressure-Stripping (Staudruck-Stripping) bekannt ist –, fegt Material aus der Galaxie wie Wind, der Gischt von einem Auto wegtreibt, und hinterlässt langgestreckte Ströme, in denen Gas abkühlt und zu neuen Sternen kollabiert.

Nahe Beispiele, die mit Instrumenten wie Hubble und bodengebundenen Teleskopen beobachtet wurden, zeigen spektakuläre Knoten der Sternentstehung in den Schweifen und einen abrupten Abbruch der Sternentstehung in der Scheibe der Galaxie. Was den Kandidaten bei z = 1.156 bemerkenswert macht, ist der Nachweis, dass dieselbe Physik bereits wirksam war, als das Universum deutlich jünger war, was darauf hindeutet, dass Cluster-Umgebungen früher für Galaxien lebensfeindlich sein könnten, als Standardmodelle vorhergesagt hatten.

Beweise des James Webb Space Telescope für frühes Cluster-Stripping

Vor dieser Entdeckung dachten Astronomen, dass Galaxienhaufen, die massereich genug sind, um ein starkes Ram-Pressure-Stripping zu erzeugen, in Epochen mit Rotverschiebungen um eins seltener wären. Der neue Kandidat zeigt klare morphologische Anzeichen, die mit Stripping bei z = 1.156 übereinstimmen, was einer Rückblickzeit von etwa 8,5 Milliarden Jahren entspricht. Dieser Zeitpunkt liegt weit vor der heutigen Ära etablierter, massereicher Cluster und deutet darauf hin, dass Protocluster oder dichte Umgebungen, die zum Stripping fähig sind, bereits aktiv Galaxien umformten.

Die Auswirkungen sind zweifach. Erstens könnten Umweltprozesse, die die Sternentstehung unterdrücken (Quenching) und gasreiche Spiralen in passive Cluster-Galaxien umwandeln, früher und weitreichender wirksam gewesen sein, als viele Simulationen vorhersagen. Zweitens liefert die Existenz einer solchen Galaxie einen Mechanismus für den Aufbau der großen Population „toter“ Galaxien, die heute in Clustern gefunden werden: Gas-Stripping beschleunigt das Ende der Sternentstehung und hinterlässt rote, ruhende (quiescent) Systeme, die die Cluster-Kerne dominieren.

Wie JWST die Schweife sah: Bildgebung und Kontext

Die Instrumente von JWST, die für nahe und mittlere Infrarotwellenlängen optimiert sind, sind entscheidend für die Auflösung von Strukturen in fernen Galaxien, deren optisches Licht in den Infrarotbereich rotverschoben wurde. Praktisch bedeutet dies, dass JWST das Sternenlicht und die vom Staub reemittierte Strahlung abbilden kann, die sowohl den kompakten Sternenkern als auch die ausgedehnten, schwachen Filamente einer Jellyfish-Galaxie in kosmologischen Entfernungen offenbaren. Die umfangreichen Zusatzdaten des COSMOS-Feldes – von Röntgenkarten, die heißes Intracluster-Gas aufspüren, bis hin zu bodengebundener Spektroskopie, die den Umgebungskontext liefert – helfen den Forschern zu interpretieren, ob sich die Galaxie in einer echten dichten Umgebung befindet oder lediglich in der Projektion in der Nähe einer solchen erscheint.

Obwohl das Paper das Objekt eher als starken Kandidaten denn als unumstößlichen Fall darstellt, platziert es die Kombination aus morphologischen Beweisen und Rotverschiebung unter die frühesten überzeugenden Beispiele einer Galaxie, die sich einem Stripping-Prozess unterzieht. Nachfolgende JWST-Beobachtungen und tiefe Röntgen- oder Radiodaten können helfen, das Vorhandensein eines umgebenden heißen Mediums zu bestätigen und die Dynamik des Systems fundierter zu etablieren.

Warum dieser Fund für die Galaxienentwicklung wichtig ist

Galaxien entwickeln sich durch eine Mischung aus internen und externen Prozessen. Interne Prozesse – Gasverbrauch bei der Sternentstehung, Feedback von Supernovae und aktiven Kernen – wirken unabhängig von der Umgebung. Externe Prozesse wie Gezeitenwechselwirkungen und Ram-Pressure-Stripping hängen von der Umgebung ab. Der Fund von gestrippten Galaxien bei z ≈ 1.156 verschiebt das Gleichgewicht: Er zeigt, dass umweltgesteuerte Transformation bereits wichtig war, als das Universum etwa halb so alt war wie heute.

Diese Verschiebung hat konkrete Folgen für Modelle der Galaxienentstehung und des Quenchings. Simulationen, die darauf abzielen, die beobachtete Demografie von Galaxien zu reproduzieren, müssen nun stärkere oder frühere Umwelteffekte in zumindest einigen Regionen berücksichtigen. Für die beobachtende Astronomie ist diese Entdeckung eine Demonstration dafür, dass JWST das Zusammenspiel von Galaxien und ihrer Umgebung bei Rückblickzeiten auflösen kann, die zuvor nur als verschwommene oder integrierte Signale zugänglich waren.

Nächste Schritte: Bestätigung des Kandidaten und Kartierung seiner Nachbarschaft

Das James Webb Space Telescope liefert weiterhin Überraschungen, während Teams umfangreiche Durchmusterungsfelder wie COSMOS mit neuer Empfindlichkeit und Auflösung erneut bearbeiten. Jedes neu identifizierte Objekt bei hoher Rotverschiebung ist nicht nur ein Datenpunkt, sondern eine Sonde für die physikalischen Prozesse, die Galaxien über die kosmische Zeit hinweg formen, und der Jellyfish-Kandidat bei z = 1.156 ist ein lebhaftes Beispiel dafür, wie tiefe Infrarotsicht unsere Erzählung über das junge Universum neu gestaltet.

Quellen

• The Astrophysical Journal (Forschungsarbeit: „JWST Reveals a Candidate Jellyfish Galaxy at z=1.156“)
• University of Waterloo (Waterloo Centre for Astrophysics)
• James Webb Space Telescope (Beobachtungen von NASA/ESA/CSA)
• COSMOS (Cosmic Evolution Survey)