Nein, das James-Webb-Weltraumteleskop hat die Kosmologie nicht gebrochen

Risse ein Es hätte einige Zeit dauern sollen, bis die Kosmologie auftauchte. Aber als das James Webb Space Telescope (JWST) im vergangenen Frühjahr seine Linse öffnete, leuchtete sofort der Stern einer extrem fernen, extrem hellen Galaxie im Sichtfeld des Teleskops. „Sie waren so hell, dass sie auffielen“, sagte Rohan Naidu, ein MIT-Astronom.

Die offensichtlichen Entfernungen zwischen den Galaxien und der Erde deuteten darauf hin, dass sie sich viel früher in der Geschichte des Universums gebildet haben, als irgendjemand erwartet hatte. (Je weiter entfernt etwas ist, desto länger leuchtet sein Licht.) Zweifel kamen auf, aber im Dezember bestätigten Astronomen, dass einige Galaxien tatsächlich weit entfernt und daher so primitiv sind, wie sie scheinen. Die älteste dieser bestätigten Galaxien leuchtete 330 Millionen Jahre nach dem Urknall und ist damit der neue Rekordhalter für die älteste bekannte Struktur im Universum. Diese Galaxie war ziemlich schwach, aber andere Kandidaten, die lose mit derselben Zeitperiode in Verbindung gebracht wurden, leuchteten bereits hell, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich gigantisch waren.

Wie konnten Sterne so kurz nach dem Urknall in überhitzten Gaswolken verglühen? Wie konnten sie sich hastig in solch riesige gravitativ gebundene Strukturen einweben? Solch große, helle, frühe Galaxien zu finden, ist wie das Finden eines versteinerten Kaninchens in den präkambrischen Schichten. “In den frühen Zeiten gibt es keine großen Dinge. Es dauert eine Weile, bis man zu den großen Dingen kommt”, sagte Mike Boylan-Kolchin, ein theoretischer Physiker an der University of Texas in Austin.

Astronomen beginnen sich zu fragen, ob die Fülle früher großer Objekte dem gegenwärtigen Verständnis des Universums widerspricht. Einige Forscher und die Medien haben behauptet, dass Teleskopbeobachtungen, die mit dem Standardmodell der Kosmologie brechen – einem gut getesteten Satz von Gleichungen, der als kalte Lambda-Dunkelmaterie oder ΛCDM-Modell bezeichnet wird – auf sensationelle Weise auf neue kosmologische Komponenten oder Kontrollgesetze hinweisen. Seitdem hat sich gezeigt, dass das ΛCDM-Modell flexibel ist. Anstatt die Forscher zu zwingen, die Regeln der Kosmologie neu zu schreiben, veranlassten die JWST-Ergebnisse die Astronomen dazu, die Entstehung von Galaxien zu überdenken, insbesondere in ihren kosmischen Anfängen. Das Teleskop muss die Kosmologie noch knacken, aber das bedeutet nicht, dass sich der Fall sehr früher Galaxien als alles andere als historisch erweisen wird.

Einfachere Zeiten

Um zu verstehen, warum die Entdeckung heller Galaxien so früh so überraschend ist, hilft es zu verstehen, was Kosmologen über das Universum wissen – oder zu wissen glauben.

Nach dem Urknall begann das junge Universum abzukühlen. Innerhalb weniger Millionen Jahre beruhigte sich das umherziehende Plasma, das den Weltraum erfüllte, und verschmolz Elektronen, Protonen und Neutronen zu Atomen, hauptsächlich neutralem Wasserstoff. Die Dinge waren für eine unbestimmte Zeit, die als kosmische dunkle Zeitalter bekannt ist, ruhig und dunkel. Dann passierte etwas.

Das meiste Material, das nach dem Urknall auseinandergeschleudert wurde, besteht aus etwas, das wir nicht sehen können, der sogenannten Dunklen Materie. Sie übte besonders am Anfang einen starken Einfluss auf das Universum aus. Im Standardbild wurde kalte dunkle Materie (ein Begriff für unsichtbare, sich langsam bewegende Teilchen) willkürlich durch das Universum geschleudert. In einigen Bereichen war seine Verteilung dichter, und in diesen Bereichen begann es zu Klumpen zu zerfallen. Sichtbare Materie, also Atome, häufen sich um dunkle Materieklumpen. Als auch die Atome abkühlten, kondensierten sie schließlich und die ersten Sterne wurden geboren. Diese neuen Strahlungsquellen luden den neutralen Wasserstoff, der das Universum während der sogenannten Reionisierungsepoche füllte, wieder auf. Durch die Schwerkraft wuchsen größere und komplexere Strukturen und bauten ein riesiges kosmisches Netz von Galaxien auf.