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Astronomie: Darum war die kosmische Morgendämmerung viel zu hell

Galaxien haben während der kosmischen Morgendämmerung zu Beginn des Universums mehr Licht ausgestrahlt, als lange bekannt war. Ein Forschungsteam hat nun eine mögliche Antwort.



Die Morgendämmerung des Universums – auch kosmische Morgendämmerung genannt – fand in einem Zeitraum von etwa 250 bis 350 Millionen Jahren nach dem Urknall statt und beendete das dunkle Zeitalter des Universums. Ein Kosmos voller Sterne und leuchtenden Galaxien entstand, doch diese strahlten viel mehr ultraviolettes Licht aus, als die astronomische Fachwelt erwartet hatte. Mit dem Weltraumteleskop James Webb wurde diese Anomalie festgestellt.

Vermutlich waren diese Galaxien geradezu von Sternen übersät. Ein Forschungsteam hat Simulationen durchgespielt, die zeigen, dass die Lichtmenge während der kosmischen Morgendämmerung auf die Sternentstehung zurückzuführen ist.

"Die Entdeckung dieser Galaxien war eine große Überraschung, denn sie waren wesentlich heller als erwartet", erklärte der Astrophysiker Claude-André Faucher-Giguère von der Northwestern University in einer Pressemitteilung. "Normalerweise ist eine Galaxie hell, weil sie groß ist. Da sich diese Galaxien jedoch in der kosmischen Morgendämmerung bildeten, war seit dem Urknall nicht genügend Zeit vergangen."

Wie konnten die Galaxien so viel Licht ausstrahlen?

Also fragte sich das Forschungsteam, wie sich diese massiven Galaxien so schnell bilden konnten. Es gebe mehre Möglichkeiten, damit ein System so viel Licht erzeugen könne, erklärte der Astrophysiker und Mitautor der Studie Guochao Sun: "Das kann entweder passieren, weil das System wirklich massiv ist oder weil es die Fähigkeit hat, schnell viel Licht zu produzieren. Im letzteren Fall muss ein System nicht so massiv sein. Wenn die Sternentstehung in Bursts erfolgt, werden Lichtblitze ausgesendet. Deshalb sehen wir mehrere sehr helle Galaxien".

Mit Bursts ist eine Sternenverschmelzung gemeint, bei der es zum kurzzeitigen Aufleuchten eines Sterns infolge der Verschmelzung mit einem Begleitstern kommt. Reifere Galaxien im nahen Universum – also große, etablierte und relativ ruhige Galaxien – produzieren Sterne mehr oder weniger gleichmäßig. Das Forschungsteam stellte mit seinen Simulationen fest, dass die Galaxien in der kosmischen Morgenröte etwas anderes taten. Ihre Sternentstehung erfolgte demnach in heftigen Schüben, unterbrochen von Perioden mit mehreren Millionen Jahren geringer Sternentstehung.

Die explosionsartige Sternentstehung der kosmischen Morgendämmerung

Dies ist als explosionsartige Sternentstehung bekannt und kommt besonders häufig bei Galaxien mit geringer Masse vor, wie sie in der kosmischen Morgendämmerung gerade entstanden. Die Forschungsgruppe geht von einem Rückkopplungseffekt aus. Die Sternentstehung wird demnach durch die Sterne selbst gebremst. "Wir gehen davon aus, dass sich eine große Anzahl von Sternen bildet, die dann ein paar Millionen Jahre später als Supernovae explodieren", erklärte Faucher-Giguère.

"Das Gas wird herausgeschleudert und fällt dann wieder hinein, um neue Sterne zu bilden, was den Zyklus der Sternentstehung antreibt. Aber wenn Galaxien massiv genug sind, haben sie eine viel stärkere Schwerkraft. Wenn Supernovae explodieren, sind sie nicht stark genug, um Gas aus dem System zu schleudern. Die Schwerkraft hält die Galaxie zusammen und bringt sie in einen stabilen Zustand", so der Wissenschaftler.

Zur Studie

Die Studie wurde am 3. Oktober 2023 in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht: Bursty Star Formation Naturally Explains the Abundance of Bright Galaxies at Cosmic Dawn (dt.: Explosive Sternentstehung erklärt auf natürlichem Weg die Fülle heller Galaxien in der kosmischen Morgendämmerung).

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