Astronomen sind anhand von Beobachtungen des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Arrays (ALMA) und des Very Large Telescope (VLT) der Eso in Chile gleich mehrere spektakuläre neue Erkenntnisse geglückt: Erstens entdeckten sie mit der Galaxie MACS1149-JD1 die am weitesten entfernte Galaxie, die jemals von ALMA oder dem VLT beobachtet wurde: Das eingefangene Signal vor 13,3 Milliarden Jahren (oder 500 Millionen Jahre nach dem Urknall) ausgesendet.

Doch das ist noch lange nicht alles: Die Astronomen um Takuya Hashimoto (Osaka Sangyo Universität und National Astronomical Observatory of Japan) konnten in der fernen Galaxie zweitens auch Sauerstoff nachweisen – klarerweise auch der bisher am weitesten entfernten Sauerstoff im Universum. Drittens bedeutet diese Beobachtung aber auch, dass die Sternentstehung in der weit entfernten Galaxie MACS1149-JD1 in einem unerwartet frühen Stadium begann, nur 250 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Die Anwesenheit von Sauerstoff ist nämlich ein deutliches Zeichen dafür, dass es noch frühere Generationen von Sternen in dieser Galaxie gegeben haben muss. Denn die erste Zeit nach dem Urknall gab es im Universum keinen Sauerstoff; er wurde erst durch die Fusionsprozesse der ersten Sterne erzeugt und dann freigesetzt, als diese Sterne starben.Der Nachweis von Sauerstoff in MACS1149-JD1 zeigt, dass diese früheren Sterngenerationen 500 Millionen Jahre nach Beginn des Universums bereits gebildet und Sauerstoff ausgestoßen haben müssen.

Sternentstehung vor 250 Millionen Jahren

Wann aber kam es zu dieser ersten Sternentstehungsphase? Um diese Frage zu beantworten, rekonstruierte das Team die frühere Geschichte von MACS1149-JD1 anhand von Infrarot-Daten, die mit dem NASA/ESA Hubble Space Telescope und dem NASA Spitzer Space Telescope aufgenommen wurden. Sie fanden heraus, dass die beobachtete Helligkeit der Galaxie durch ein Modell gut erklärt wird, bei dem der Beginn der Sternentstehung nur 250 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums stattfand.

Der Zustand der Sterne in MACS1149-JD1 wirft die Frage auf, wann die allerersten Galaxien aus der völligen Dunkelheit auftauchten, eine Epoche, die die Astronomen romantisch als "kosmische Dämmerung" bezeichnen. Durch die Bestimmung des Alters von MACS1149-JD1 hat das Team effektiv gezeigt, dass Galaxien früher existierten als die, die wir derzeit direkt sehen können.

Geburt des Sternlichts

"Wir sehen diese Galaxie heute so, wie zu der Zeit aussah, als das Universum erst 500 Millionen Jahre alt war – in der sie bereits eine Population entwickelter Sterne enthält", erklärt Nicolas Laporte, ein Forscher am University College London (UCL) in Großbritannien und Zweitautor des Artikels. "Wir sind also in der Lage, mit diese Galaxie in eine noch frühere, völlig unbekannte Periode der kosmischen Geschichte einzutauchen."

Richard Ellis, leitender Astronom am UCL und Koautor der Arbeit, fasst die Bedeutung der Entdeckung noch etwas dramatischer zusammen: "Die Bestimmung, wann die kosmische Dämmerung eintrat, ist sozusagen der Heilige Gral der Kosmologie und Galaxienbildung. Mit diesen neuen Beobachtungen von MACS1149-JD1 kommen wir der Geburt des Sternlichts näher! Da wir alle aus recycelter Sternmaterie bestehen, ist das in Wirklichkeit auch unsere eigene Herkunft." (tasch, 17.5.2018)