Webb hat möglicherweise die ersten Sterne entdeckt

Die tiefsten Spektren des James Webb eröffnen erneut die Frage nach dem „Ersten Licht“

Was das Team tatsächlich gefunden hat

Die Studie konzentriert sich auf vier Ziele mit sehr hoher Rotverschiebung aus den JWST-Deep-Surveys. Ein Objekt im Besonderen – in den JWST-Survey-Daten als JADES-GS-z14-0 katalogisiert – zeigt eine vorläufige Senke in seinem Spektrum bei der Wellenlänge, die einfach ionisiertem Helium (He II) bei 1640 Å im Ruhesystem entspricht. Dieses Absorptionsmerkmal wird in der Arbeit als potenzielle „Smoking-Gun“-Signatur eines supermassereichen Dunklen Sterns hervorgehoben, da theoretische Modelle eine starke He-II-Absorption in den ausgedehnten, relativ kühlen Atmosphären solcher Objekte vorhersagen. Die Autoren betonen, dass der Nachweis schwach ist (Signal-Rausch-Verhältnis etwa in der Größenordnung von zwei) und mit Vorsicht behandelt werden muss.

Aber es gibt Sauerstoff in der Nachbarschaft

Erschwerend kommt hinzu, dass Folgebeobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) die [O III]-88-μm-Linie an derselben Position am Himmel robust nachgewiesen und eine präzise spektroskopische Rotverschiebung von z ≈ 14,18 gemessen haben. Die ALMA-Messung impliziert eine nicht vernachlässigbare Metallanreicherung – Sauerstoff ist in einer Konzentration vorhanden, die gegen eine rein metallfreie, ursprüngliche Umgebung spricht. Dies würde einen einsamen, ursprünglichen Dunklen Stern ausschließen, es sei denn, der Dunkle Stern ist in ein metallangereichertes System eingebettet oder hat sich mit einem solchen vermischt, wie die Autoren der Studie diskutieren. Der ALMA-Nachweis liefert zudem eine unabhängige, hochpräzise Rotverschiebung, die hilft, die Interpretation der JWST-Spektren abzusichern.

Was sind Dunkle Sterne und warum sind sie wichtig?

Die Idee der Dunklen Sterne wurde vor mehr als einem Jahrzehnt vorgeschlagen: Im frühen Universum wären kollabierende Gaswolken, die die ersten leuchtenden Objekte bildeten, in dichte Klumpen aus Dunkler Materie eingebettet gewesen. Wenn das Dunkle-Materie-Teilchen mit sich selbst annihiliert, könnte die freigesetzte Energie das Gas aufheizen und ein großes, diffuses leuchtendes Objekt erzeugen, das niemals den kompakten, fusionsdominierten Zustand gewöhnlicher Sterne erreicht. In vielen Modellen können diese Objekte extrem massereich und extrem hell werden – in einigen Szenarien kann ein einzelner supermassereicher Dunkler Stern eine ganze kleine Galaxie überstrahlen. Die Entdeckung eines solchen Objekts würde nicht nur die Lehrbücher über die Entstehung der ersten Sterne umschreiben, sondern auch ein seltenes astrophysikalisches Fenster zur Teilchennatur der Dunklen Materie öffnen.

Wie sich ein Dunkler Stern von gewöhnlichen ersten Sternen unterscheidet

Warum die Behauptung noch vorläufig ist

Es gibt wichtige Gründe, vorsichtig zu bleiben. Erstens ist das im JWST-Spektrum berichtete He-II-Absorptionsmerkmal schwach; bei einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis können Instrumentaleffekte, die Hintergrundsubtraktion oder sich überschneidende nebuläre Merkmale scheinbare Senken erzeugen. Zweitens können viele der Kandidaten auch als extrem kompakte, intensive Regionen der Sternentstehung oder als akkretierende Schwarze Löcher modelliert werden, insbesondere wenn nebuläre Emission vorhanden ist. Drittens impliziert der ALMA-Nachweis von Sauerstoff einen Metallgehalt, der schwer mit einem völlig ursprünglichen Dunklen Stern zu vereinbaren ist – obwohl die Autoren Szenarien skizzieren, in denen ein Dunkler Stern mit nahem, metallangereichertem Gas koexistieren könnte (zum Beispiel nach einer Verschmelzung). Schließlich hat das Fachgebiet bereits mehrere dramatische frühe Behauptungen aus JWST-Daten erlebt, die tiefere Folgeuntersuchungen erforderten, um geklärt zu werden, weshalb die Fachwelt bewusst anspruchsvoll in Bezug auf eine Bestätigung ist.

Was würde als Bestätigung gelten?

Eine robuste Bestätigung erfordert Spektren mit einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis, die dieselben Merkmale reproduzieren, eine räumlich aufgelöste Bildgebung, die ein punktförmiges Einzelobjekt von einer kompakten Galaxie unterscheiden kann, und Multiwellenlängen-Messungen (ALMA, Mittleres Infrarot, sogar zukünftige 30-Meter-Klasse-Bodenteleskope), um Gas, Sterne und möglichen Staub zu kartieren. Im Szenario des Dunklen Sterns wäre eine klare, reproduzierbare He-II-1640-Absorption, begleitet von der vorhergesagten Kontinuumsform und dem Fehlen typischer nebulärer Emissionen, überzeugend. Umgekehrt würden stärkere Nachweise mehrerer Metalllinien oder aufgelöster Sternpopulationen für die Interpretation als frühe Galaxie sprechen.

Weiterreichende Auswirkungen im Falle einer Bestätigung

Sollte eine Population von Dunklen Sternen bestätigt werden, wären die Folgen tiefgreifend. Sie bieten einen natürlichen Weg, um in frühen Epochen Keime für massereiche Schwarze Löcher zu erzeugen, was helfen würde, die Quasare mit Milliarden Sonnenmassen zu erklären, die bereits bei Rotverschiebungen über sechs beobachtet wurden. Sie würden auch die Kosmologie mit der Teilchenphysik verknüpfen, indem sie die Annihilationseigenschaften von Dunkle-Materie-Teilchen einschränken. Schließlich würde die Entdeckung einer bisher unbekannten Klasse von leuchtenden Objekten in der kosmischen Dämmerung die Modelle der frühen Galaxienbildung und Reionisierung verändern. Aber all das hängt davon ab, die hohe Hürde für einen beobachteten Beweis zu nehmen.

Nächste Schritte und die wissenschaftliche Stimmung

Vorerst hat Webb den Astronomen ihre bisher besten und direktesten Hinweise auf die allerersten leuchtenden Objekte geliefert. Ob diese Hinweise auf eine konventionelle Dämmerung kleiner, fusionsgetriebener Sterne hindeuten oder auf eine exotische Ära von Giganten, die durch Dunkle Materie angetrieben werden, bleibt abzuwarten – aber die Jagd nach dem kosmischen Ersten Licht ist in eine entscheidende und höchst faszinierende Phase eingetreten.