Eine Galaxie kann einen großen Teil ihrer Masse in nahezu unsichtbaren Sternen verbergen. Das zeigt eine Studie, die mit James Webb und dem Very Large Telescope durchgeführt wurde.
Wenn sich eine Galaxie Milliarden Lichtjahre entfernt befindet, ist es unmöglich, ihre Sterne einzeln zu zählen. Astronomen müssen ihre Masse anhand des gesamten Lichts schätzen, das uns erreicht. Dieses Licht stammt jedoch hauptsächlich von den hellsten Sternen.
Ein Ausschnitt aus der mit der NIRCam-Kamera von James Webb erstellten JADES-Durchmusterung zeigt zahlreiche weit entfernte Galaxien.
Credit: JADES-Kollaboration
Die kleinen Sterne stellen dabei ein Problem dar. Sie leuchten schwach, können aber äußerst zahlreich sein. Zusammengenommen stellen sie eine beträchtliche Menge an Materie dar, ohne die Galaxie unbedingt viel heller zu machen.
Um vom Licht auf die Masse zu schließen, nehmen Astronomen daher eine bestimmte Verteilung zwischen kleinen und großen Sternen an. Dieser Anteil wird normalerweise an die in der Milchstraße beobachtete Verteilung angelehnt. Doch nichts garantiert, dass sie überall gleich ist, insbesondere im jungen Universum.
Ein internationales Team untersuchte dies in neun massereichen Galaxien, die so beobachtet wurden, wie sie vor mehreren Milliarden Jahren aussahen. Alle hatten bereits aufgehört, viele neue Sterne zu bilden. Diese relative Ruhe erleichtert die Untersuchung älterer Sternpopulationen.
Die Forschenden kombinierten sehr detaillierte Spektren, die mit James Webb und dem Very Large Telescope in Chile gewonnen wurden. Ein Spektrum zerlegt das Licht einer Galaxie in seine verschiedenen Wellenlängen. Bestimmte kleine Abweichungen verraten indirekt, welche Arten von Sternen zu diesem Licht beitragen.
Für einige Galaxien der Stichprobe ist das Ergebnis ziemlich eindeutig: Sie scheinen mehr kleine Sterne zu enthalten als erwartet. Ihre Masse kann daher unterschätzt werden, wenn die Berechnungen eine Verteilung verwenden, die derjenigen der Milchstraße ähnelt.
Die älteste untersuchte Galaxie erregt besondere Aufmerksamkeit. Ihre Sterne sollen sich weniger als 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall gebildet haben. Sie könnte ein Nachkomme noch früher entstandener Galaxien sein, die James Webb entdeckt hat.
Diese sehr jungen Galaxien haben die Astronomen bereits überrascht. Einige scheinen in sehr kurzer Zeit enorm viel Materie angesammelt zu haben – schneller, als es mehrere Modelle der Galaxienentstehung vorhersagen.
Wenn diese frühen Galaxien ebenfalls deutlich mehr kleine Sterne besaßen, wäre ihre tatsächliche Masse noch höher als die derzeitigen Schätzungen. Die Forschenden beziffern diesen Anstieg auf etwa den Faktor vier.
Die Forschenden wollen diese Methode nun auf noch früher entstandene Galaxien anwenden. Ziel ist es herauszufinden, ob dieser Überfluss an kleinen Sternen im jungen Universum verbreitet war oder nur bei bestimmten Systemen vorkam.