Frühe Galaxien machten „Mittagspause“?

So könnte man es zumindest nennen, was Astronom:innen kürzlich in Daten des James Webb Space Telescope entdeckt haben. Anscheinend pausierte bei einigen frühen Galaxien nämlich die Sternentstehung während der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall (oder nach dem letzten „Bounce“, wie auch immer) zeitweise.

Wieso pausieren Galaxien?

Dass die Sternentstehung in Galaxien pausiert ist gar nicht einmal ungewöhnlich, bei nahe gelegenen Galaxien beobachtet man das sogar relativ häufig, meist dauern diese Ruhephasen um die 25 Millionen Jahre an. Die Gründe dafür sind unterschiedlich, oft liegt es aber an den supermassiven schwarzen Löchern im Zentrum der Galaxien> oder an vorbeiziehenden Galaxien.

Bei den supermassiven schwarzen Löchern ist es so, dass die Strahlung, die von diesen in aktiven Phasen ausgeht, das Gas in der Galaxie erhitzt, was wiederum zu einem Rückgang in der Sternentstehung führt (genug kaltes Gas ist mit die wichtigste Voraussetzung zur Sternentstehung). Begibt sich das schwarze Loch in eine Ruhephase (hat nichts mehr „aufzusaugen“), so passiert im Rest der Galaxie das Gegenteil, das Gas kühlt ab und die Sternentstehung nimmt wieder Fahrt auf.

Was die vorbeiziehenden Galaxien betrifft, in diesem Fall ziehen diese Galaxien, wenn sie entsprechend groß sind, Gas aus der jeweiligen Galaxie ab oder erhitzen es ebenfalls, auch das führt zu einem vorübergehenden Rückgang der Sternentstehung in einer Galaxie.

Des weiteren kann es auch innerhalb einer Galaxie noch andere Gründe für so eine Pause in der Sternentstehung geben, z.B. könnte auch eine Art „Rückkopplung“ der Sterne dazu führen, dass die Sternentstehung zurückgeht. In diesem Fall führen oft Supernovae innerhalbe der Galaxie dazu, dass wiederum Gas ausgestoßen und erhitzt wird, so dass in der Umgebung einer solchen Supernova für einige Zeit keine neuen Sterne mehr entstehen können (andererseits führt das aber längerfristig auch zur Entstehung neuer Sterne und Planeten, so war es unter anderem auch bei unserem Sonnensystem).

Was ist daran neu?

Bisher hatte man nur sehr wenige, um genau zu sein 4, ruhende Galaxien in der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall beobachten können. Bei diesen 4 Galaxien hatten 3 eine Masse von weniger als einer Milliarde Sonnenmassen und eine hatte eine Masse von über 10 Milliarden Sonnenmassen. Es handelte sich also entweder um sehr kleine, oder um sehr große Galaxien. Wohlgemerkt alles relativ gesehen auf die Zeit kurz nach dem Urknall bezogen, heutige Galaxien sind oft bedeutend größer, allein die Milchstraße hat z.B. ca 1,5 Billionen Sonnenmassen.

Nun konnte man mit Hilfe der empfindlichen spektroskopischen Daten des JWST aber erstmals 14 weitere ruhende Galaxien aus der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall ausmachen. Und dabei fanden sich nun auch die, bisher fehlenden, Bindeglieder zwischen diesen kleinen und großen Galaxien. Unter diesen 14 Galaxien fand sich nämlich eine Breite Spanne an Massen (von 40 Millionen bis 30 Milliarden Sonnenmassen), was zeigt, dass sich ruhende Galaxien nicht nur auf niedrige oder sehr hohe Massenbereiche beschränken.

All diese Galaxien hatten ihre Sternentstehung etwa zwischen 10 und 25 Millionen Jahre vor der jetzigen Beobachtung pausiert, so die Astronom:innen. Diese relativ kurzen Pausen deuten darauf hin, dass der Grund dafür wahrscheinlich vor allem die bereits zuvor beschriebenen „Rückkopplungen“ sein dürften. Das heißt, nachdem viele Sterne entstanden sind, gibt es natürlich auch irgendwann relativ viele Supernovae (die Sterne „lebten“ damals noch viel kürzer), was wiederum zu einer Pause in der Sternentstehung führt.

Wechsel zwischen hoher Sternentstehung und Ruhepausen

Bisher hatte man angenommen, dass derart junge Galaxien eine eher hohe Sternentstehungsrate haben müssten, erst in einer Studie aus dem Jahr 2024 wurde erstmals die Entdeckung einer ruhenden Galaxie im frühen Universum beschrieben. Nun sieht es jedoch eher so aus, dass diese hohe Sternentstehungsrate nicht durchgängig ist, sondern sich vielmehr Phasen hoher Sternentstehung mit solchen Ruhephasen abwechseln.

Die Studie, welche die Entdeckung dieser ruhenden Galaxien beschreibt, ist zwar noch nicht peer reviewed, aber man geht offenbar davon aus, dass dies bald der Fall sein wird. Denn wie es heißt plant man bereits ein neues JWST-Programm mit dem Titel „Sleeping Beauties“, dieses soll speziell solche ruhenden Galaxien im frühen Universum untersuchen. Astronom:innen hoffen damit besser zu verstehen, wie lange solche Ruhephasen dauern und welche Prozesse dahinterstecken.