Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) und das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA haben den entferntesten und am frühesten entstehenden Galaxienhaufen entdeckt, der jemals beobachtet wurde, und verschieben damit die Zeitachse dafür, wie schnell sich große kosmische Strukturen im frühen Universum bildeten. Dieser „Protocluster“ mit dem Namen JADES-ID1 bildete sich aktiv nur eine Milliarde Jahre nach dem Urknall, was bedeutet, dass sein Licht 12,7 Milliarden Jahre brauchte, um die Erde zu erreichen. Diese Entdeckung stellt bestehende kosmologische Modelle in Frage und wirft Fragen zum schnellen Wachstum von Galaxienhaufen im jungen Universum auf.
Die unerwartete Geschwindigkeit der kosmischen Montage
Frühere Beobachtungen legten nahe, dass solch massive Strukturen nicht so früh entstanden sein können. Der frühere Rekord für einen Protocluster lag etwa 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall; JADES-ID1 scheint zwei Milliarden Jahre früher mit der Verschmelzung begonnen zu haben. Dies deutet darauf hin, dass das Universum die Bildung von Galaxienhaufen möglicherweise schneller beschleunigt hat als bisher angenommen.
Warum ist das wichtig? Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Objekte im Kosmos und enthalten Tausende von Galaxien, heißes Gas und die mysteriöse dunkle Materie, die ihre Struktur dominiert. Zu verstehen, wann und wie sie entstehen, ist entscheidend für die Verfeinerung unserer Modelle der Verteilung der Dunklen Materie und der Expansionsrate des Universums.
Wie die Entdeckung gemacht wurde
Der Nachweis von JADES-ID1 beruht auf einem kombinierten Ansatz: JWST identifizierte dichte Gruppierungen von durch die Schwerkraft gebundenen Galaxien, während Chandras Röntgenbeobachtungen eine massive Wolke aus überhitztem Gas offenbarten, die in den entstehenden Haufen fällt. Wenn Gas unter der Schwerkraft kollabiert, erhitzt es sich stark und sendet nachweisbare Röntgenstrahlen aus. Diese doppelte Signatur bestätigt das frühe Entstehungsstadium des Clusters.
„Es ist, als würde man einem Fließband dabei zusehen, wie ein Auto entsteht, anstatt nur zu versuchen, herauszufinden, wie ein Auto funktioniert, indem man sich das fertige Produkt ansieht“, erklärt Gerrit Schellenberger vom Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian (CfA). Diese Beobachtung ermöglicht einen direkten Einblick in die Bausteine des Universums, anstatt auf ihre Entstehung aus ausgereiften Strukturen zu schließen.
Implikationen für die Kosmologie
Die schnelle Entwicklung von JADES-ID1 deutet darauf hin, dass das frühe Universum „eine große Eile hatte, erwachsen zu werden“, so Akos Bogdan, der Leiter des Teams. Dieser Befund ergänzt eine wachsende Zahl von Beweisen dafür, dass große Galaxien und supermassereiche Schwarze Löcher ebenfalls überraschend früh in der kosmischen Geschichte auftauchten. Die aktuellen Modelle unterschätzen möglicherweise die Effizienz der Strukturbildung in den ersten Milliarden Jahren nach dem Urknall.
„Wir dachten, wir würden einen Protocluster wie diesen zwei oder drei Milliarden Jahre nach dem Urknall finden – und nicht nur eine Milliarde“, sagt Qiong Li, Forscher an der Universität Manchester.
Im Laufe der nächsten Milliarden Jahre wird sich JADES-ID1 zu einem vollständig ausgebildeten Galaxienhaufen entwickeln, der den heute beobachteten ähnelt. Seine frühe Existenz zwingt Wissenschaftler jedoch dazu, die Geschwindigkeit und die Mechanismen der kosmischen Entstehung im antiken Universum zu überdenken.
Diese Entdeckung stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis der frühesten Stadien des Universums dar und unterstreicht die Notwendigkeit kontinuierlicher hochauflösender Beobachtungen zur Verfeinerung unserer kosmologischen Modelle.
