#Was “Firefly Sparkle” über die frühe Milchstraße verrät

Unsere Milchstraße entstand in den Anfängen des Kosmos vor mehr als 13 Milliarden Jahren. Doch wie sie damals aussah und heranwuchs, ist erst in Teilen geklärt. Mehr Aufschluss könnte nun eine ferne Galaxie geben, die einer Frühform der Milchstraße sehr ähnlich ist. Astronomen haben diese “Firefly Sparkle” getaufte Galaxie mit dem James-Webb-Teleskop beobachtet und konnten so erstmals mehr über ihre Merkmale und ihre innere Struktur herausfinden. Die Aufnahmen enthüllen, dass die Sterne dieser frühen Galaxie in zehn massereichen Kugelsternhaufen konzentriert sind. In diesen Ansammlungen entstehen neue, massereiche Sterne mit einer ungewöhnlich hohen Rate, wie das Team berichtet. Das könnte Annahmen bestätigen, nach denen auch die Milchstraße aus solchen protogalaktischen Sternhaufen hervorgegangen ist.

Die Milchstraße hat eine bewegte Geschichte hinter sich. Ihre ersten Anfänge bildeten sich schon vor rund 13 Milliarden Jahren, wahrscheinlich durch die Verschmelzung mehrerer kleinerer Vorläufer. Noch heute sind alte, metallarme Sterne aus dieser ersten Population in unserer Galaxie erhalten. Viele von ihnen kreisen in zwei jeweils zehn Milliarden Sonnenmassen umfassenden Ansammlungen um das galaktische Zentrum, wie Astronomen Anfang 2024 mithilfe von Daten des Gaia-Weltraumteleskops entdeckt haben. Aufgrund des Alters und der Merkmale dieser Sternenpopulationen könnten sie von den protogalaktischen Vorläufern der Milchstraße stammen. Bisher ist allerdings unklar, wie genau sich Galaxien wie die Milchstraße im frühen Kosmos gebildet haben und wie ihre massearmen Urformen aussahen. Einer der Gründe dafür: Das Licht massearmer Junggalaxien aus jener Zeit ist zu schwach, um selbst mit leistungsstarken Teleskopen sichtbar zu sein.

Kugelsternhaufen als Massenzentren

Doch im Falle des jetzt untersuchten frühen Zwillings der Milchstraße kam den Astronomen ein kosmischer Zufall zu Hilfe: Die “Firefly Sparkle” getaufte Galaxie wird trotz ihrer hohen Rotverschiebung von z=8,3 durch den Gravitationslinseneffekt sichtbar gemacht. Bei diesem Effekt lenkt die enorme Schwerkraft eines im Vordergrund vorbeiziehenden Galaxienhaufens das Licht der fernen Galaxie so ab, dass ihr Licht verstärkt wird und ihre Strukturen vergrößert erscheinen. Lamiya Mowla vom Wellesley College in den USA und ihre Kollegen haben diesen glücklichen Umstand genutzt, um Firefly Sparkle erstmals mit dem hochauflösenden NIRSpec-Spektrometer des James-Webb-Teleskops genauer zu untersuchen. “Diese Beobachtungen liefern uns die ersten spektroskopischen Ansichten einer typischen Galaxie im Frühstadium, im erst 600 Millionen Jahre alten Universum”, schreibt das Astronomenteam. Die Aufnahmen zeigen zum ersten Mal, wie die interne Struktur eines solchen Milchstraßenvorläufers ausgesehen haben könnte.

“Firefly Sparkle zeigt die Merkmale einer jungen, gasreichen Galaxie in ihrem frühen Bildungsstadium”, berichten Mowla und ihr Team. Wie sie ermittelten, umfasste diese Galaxie damals rund zehn Millionen Sonnenmassen an Sternen – das macht sie zu einer der masseärmsten bisher im frühen Universum beobachteten Galaxien und einem Modell auch für die frühe Milchstraße: “Sie ähnelt in ihrer stellaren Masse dem Vorläufer der Milchstraße bei z= 8”, erklären die Astronomen. Die Aufnahmen enthüllten auch, dass der Großteil der Sterne der Firefly-Galaxie in zehn Kugelsternhaufen konzentriert ist. Diese ähneln in Größe und Masse den Kugelsternhaufen der heutigen Milchstraße, sind aber deutlich metallärmer. Zudem ist auch die Dichte der Firefly-Kugelsternhaufen und die Temperatur der in ihnen enthaltenen Gase deutlich höher als der von alten oder jungen Kugelsternhaufen in unserer Heimatgalaxie, wie das Team ermittelte.

Modell für die frühe Milchstraße?

Nach Ansicht der Astronomen liefern diese Merkmale von Firefly Sparkle wertvolle Hinweise darauf, wie sich Galaxien im frühen Kosmos entwickelten. Demnach könnten Kugelsternhaufen als extrem effiziente Sternbildungs-“Fabriken” dabei eine wichtige Rolle gespielt haben. “Mit massereichen, oberflächendichten Sternenhaufen, geringer Metallizität, hoher Elektronentemperatur und Hinweisen auf eine toplastige initiale Massenfunktion zeigt Firefly Sparkle die Kennzeichen einer Sternbildung unter extremen Bedingungen”, schreiben Mowla und ihre Kollegen. “Firefly Sparkle legt nahe, dass sich frühe Galaxien auch durch solche dichten Sternenhaufen entwickelt haben könnten.” Was jedoch dann im weiteren Verlauf der Galaxienentwicklung mit solchen “Gründerhaufen” passiert, ist bislang ungeklärt. “Sie könnten bis zum heutigen Tag überdauert haben oder aber durch die Gezeitenkräfte in der entstehenden Sternenscheibe der Galaxie zerrissen und nur als Kernhaufen im Galaxienzentrum erhalten sein”, erklären die Astronomen. Sie hoffen, in weiteren Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop noch mehr über Firefly Sparkle und seine Zeitgenossen herauszufinden.

Quelle: Lamiya Mowla (Wellesley College, Massachusetts) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-024-08293-0

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar