Astronomen beobachten eine massereiche Galaxie, die sich nur 1,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall entwickelt

Die ersten Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops enthüllten die Existenz massereicher Galaxien zu einer Zeit, als das Universum noch nicht einmal eine Milliarde Jahre alt war. Diese Entdeckungen warfen neue Fragen darüber auf, wie sich solch große Strukturen so kurz nach dem Urknall hätten bilden können.

Galaxien wachsen durch verschiedene Mechanismen, darunter die kontinuierliche Sternentstehung aus akkretiertem Gas und Verschmelzungen mit anderen Galaxien. Im aktuellen kosmologischen Modell spielen Kollisionen und Verschmelzungen zwischen kleineren Systemen eine grundlegende Rolle bei der Entstehung immer massereicherer Galaxien.

Astronomen haben eine kompakte Gruppe von sechs jungen Galaxien entdeckt, die miteinander in Wechselwirkung standen, als das Universum etwas mehr als 1,2 Milliarden Jahre alt war. Die Befunde deuten darauf hin, dass diese Systeme gerade dabei sind, sich zu vereinigen, und letztendlich eine einzige, wesentlich massereichere Galaxie bilden könnten.

Galaxienverschmelzungen

Galaxienverschmelzungen finden statt, wenn zwei oder mehr Systeme durch die Schwerkraft aneinander gebunden werden und über Hunderte von Millionen oder sogar Milliarden von Jahren hinweg miteinander interagieren. Während dieses Prozesses kollidieren Sterne zwar selten direkt miteinander, doch die Schwerkraft verändert ihre Umlaufbahnen und verteilt Gas, Staub und dunkle Materie neu.

Wenn sich Galaxien einander annähern, führt dynamische Reibung dazu, dass sie Umlaufenergie verlieren und sich spiralförmig aufeinander zubewegen. Nach wiederholten nahen Begegnungen überlappen sich ihre Scheiben und Halos aus dunkler Materie, bis ihre Kerne zu einem einzigen System verschmelzen.

Wie entstehen Galaxien?

Im Laufe der kosmischen Geschichte wachsen Galaxien durch verschiedene Mechanismen. Einer der wichtigsten ist die kontinuierliche Akkretion von Gas aus dem intergalaktischen Medium, das den Rohstoff für die Entstehung neuer Sterne liefert. Ein weiterer Mechanismus ist die Einbindung kleinerer Galaxien durch Verschmelzungen.

Im kosmologischen ΛCDM-Modell gehören Galaxienverschmelzungen zu den wichtigsten Prozessen, die für die Entstehung der größten Galaxien des Universums verantwortlich sind. Zunächst entstehen kleine Galaxien, die dann durch aufeinanderfolgende Gravitationswechselwirkungen allmählich miteinander verschmelzen.

Ein System aus sechs Galaxien

Die neue Studie untersuchte eine Gruppe von sechs jungen Galaxien, bekannt als SCGG-z5, zu einer Zeit, als das Universum erst etwa 1,2 Milliarden Jahre alt war. Die Forscher bestätigten, dass alle sechs Galaxien zum selben System gehören und einen Bereich mit einem Durchmesser von nur etwa 52.000 Lichtjahren einnehmen.

Die sechs Galaxien weisen unregelmäßige Formen und deutliche Anzeichen einer intensiven Gravitationswechselwirkung auf. Eine Analyse ihrer Geschwindigkeiten lässt vermuten, dass es in den nächsten 14 Millionen Jahren zu mehreren nahen Begegnungen zwischen ihnen kommen könnte. Das System bietet einen seltenen Einblick in die Entstehung einer massereichen Galaxie im jungen Universum.

Beobachtungen

Vergleiche mit der kosmologischen Simulation „EAGLE“ deuten darauf hin, dass die sechs Galaxien im SCGG-z5-System innerhalb von etwa 400 Millionen Jahren vollständig zu einer einzigen Galaxie verschmelzen dürften. Nach der Verschmelzung wird die neue Galaxie durch Gasakkretion und weitere Gravitationswechselwirkungen weiterhin an Masse gewinnen.

Prognosen zufolge könnte die entstehende Galaxie eine Sternmasse von fast 100 Milliarden Sonnenmassen erreichen und zur Zentralgalaxie eines Galaxienhaufens werden. Die Forscher schätzen, dass der gesamte Prozess etwa 800 Millionen Jahre dauern wird. Das bedeutet, dass das James-Webb-Weltraumteleskop das System in einem sehr frühen Stadium seiner Entwicklung eingefangen hat.