Das kosmische Netz ist die großräumige Struktur des Universums. Wenn Sie beobachten könnten, wie sich unser Kosmos vom Urknall bis heute entfaltet, würden Sie sehen, wie sich diese Filamente (und die Hohlräume zwischen ihnen) im Laufe der Zeit bilden. Jetzt haben Astronomen mithilfe von JWST zehn Galaxien gefunden, die eine sehr frühe Version dieser Struktur bilden, nur 830 Millionen Jahre nach Beginn des Universums.
Das „kosmische Netz“ begann als Dichteschwankungen im sehr frühen Universum. Einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall hatte sich Materie (in Form von Urgas) an den Kreuzungspunkten von Gasschichten und -filamenten im frühen Netz zu Knoten verdichtet. Diese Knoten und Filamente beherbergten die ersten Sterne und Galaxien. Wenn Astronomen in die Vergangenheit blicken, ist es nur natürlich, dass sie nach den frühen Versionen des kosmischen Netzes suchen. JWST ermöglichte ihnen den Rückblick auf sehr schwache, dunkle Objekte, die kurz nach dem Urknall existierten.
Die zehn vom Team entdeckten Galaxien sind in einem dünnen, drei Millionen Lichtjahre langen Faden angeordnet, der von einem hellen Quasar verankert wird. Sein Aussehen überraschte das Team sowohl wegen seiner Größe als auch wegen seines Platzes in der kosmischen Geschichte. „Dies ist eine der frühesten Filamentstrukturen, die Menschen jemals im Zusammenhang mit einem fernen Quasar gefunden haben“, fügte Feige Wang von der University of Arizona in Tucson, der Hauptforscher dieses Programms, hinzu.
Entfernen Sie noch heute alle Anzeigen auf Universe
Treten Sie unserem Patreon für nur 3 $ bei!
Holen Sie sich das werbefreie Erlebnis fürs Leben
Streben danach, das frühe Universum und das kosmische Netz zu verstehen
Die JWST-Beobachtungen sind Teil eines Beobachtungsprogramms namens ASPIRE: Eine SPektroskopische Untersuchung voreingenommener Halos im Zeitalter der Reionisierung. Es verwendet sowohl Bilder als auch Spektren von 25 Quasaren, die existierten, als das Universum nach dem „dunklen Zeitalter“ zu leuchten begann. Die Idee besteht darin, die Entstehung möglichst früher Galaxien sowie die Geburt der ersten Schwarzen Löcher zu untersuchen. Darüber hinaus hofft das Team zu verstehen, wie das frühe Universum mit schwereren Elementen (den Metallen) angereichert wurde und wie sich das alles während der Epoche der Reionisierung abspielte.
Die ASPIRE-Ziele sind ein wichtiger Teil des Verständnisses des Ursprungs und der Entwicklung des Universums. „Die letzten zwei Jahrzehnte der kosmologischen Forschung haben uns ein fundiertes Verständnis darüber vermittelt, wie sich das kosmische Netz bildet und entwickelt. „ASPIRE zielt darauf ab, zu verstehen, wie wir die Entstehung der frühesten massiven Schwarzen Löcher in unsere aktuelle Geschichte der Entstehung der kosmischen Struktur einbeziehen können“, erklärte Teammitglied Joseph Hennawi von der University of California, Santa Barbara.
Konzentrieren Sie sich auf die frühen Schwarzen Löcher
Quasare locken durch Zeit und Raum. Sie werden von supermassiven Schwarzen Löchern angetrieben, die unglaubliche Mengen an Licht und anderen Emissionen sowie leistungsstarke Jets erzeugen. Astronomen verwenden sie als Standardkerzen für Entfernungsmessungen sowie zur Untersuchung der riesigen Regionen des Weltraums, die ihr Licht durchquert.
Mindestens acht der Quasare in der ASPIRE-Studie haben Schwarze Löcher, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall entstanden sind. Diese Schwarzen Löcher haben Massen zwischen 600 Millionen und 2 Milliarden Sonnenmassen. Das ist wirklich ziemlich gewaltig und wirft viele Fragen zu ihrem schnellen Wachstum auf. „Um diese supermassiven Schwarzen Löcher in so kurzer Zeit zu bilden, müssen zwei Kriterien erfüllt sein. Zunächst müssen Sie mit dem Wachstum aus einem massiven „Saat“-Schwarzen Loch beginnen. Zweitens muss dieser Samen, selbst wenn er mit einer Masse beginnt, die tausend Sonnen entspricht, im Laufe seiner gesamten Lebensdauer immer noch eine Million Mal mehr Materie mit der maximal möglichen Geschwindigkeit ansammeln“, erklärte Wang.
Damit diese Schwarzen Löcher so wachsen konnten, brauchten sie viel Treibstoff. Ihre Galaxien waren auch ziemlich massereich, was die riesigen schwarzen Löcher in ihren Herzen erklären könnte. Diese Schwarzen Löcher haben nicht nur viel Material angesaugt, sondern ihr Ausfluss hat auch Auswirkungen auf die Sternentstehung. „Starke Winde von Schwarzen Löchern können die Sternentstehung in der Wirtsgalaxie unterdrücken. „Solche Winde wurden im nahen Universum beobachtet, in der Epoche der Reionisierung jedoch nie direkt“, sagte Yang. „Das Ausmaß des Windes hängt mit der Struktur des Quasars zusammen. In den Webb-Beobachtungen sehen wir, dass solche Winde im frühen Universum existierten.“
Warum die Epoche?
Wir hören oft von Astronomen, die auf die Epoche der Reionisierung zurückblicken wollen. Warum ist es ein so verlockendes Ziel? Es bietet einen Einblick in die Zeit, als sich die ersten Sterne und Galaxien bildeten. Nach dem Urknall befand sich das junge Universum in einem heißen, dichten Zustand. Manchmal hören wir, dass es die Ursuppe des Kosmos ist. Dann setzte die Expansion ein und die Lage begann sich abzukühlen. Dadurch konnten sich Elektronen und Protonen verbinden und die ersten neutralen Gasatome bilden. Es ermöglichte auch die Ausbreitung der Wärmeenergie des Urknalls. Astronomen entdecken diese Strahlung. Es ist in den Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums rotverschoben. Astronomen nennen sie die „kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung“ (CMB).
Dieser Aspekt des frühen Universums wies winzige Dichteschwankungen in seinem expandierenden Material auf. Dieses Material war neutraler Wasserstoff. Es gab noch keine Sterne oder Galaxien. Aber irgendwann begannen diese Bereiche mit höherer Dichte unter der Schwerkraft zusammenzuklumpen, was dazu führte, dass auch die neutrale Materie zu verklumpen begann. Dies führte zum weiteren Zusammenbruch der Gebiete mit hoher Dichte, was schließlich zur Geburt der ersten Sterne führte. Sie erhitzten das umgebende Material, wodurch Löcher in die neutralen Bereiche gestanzt wurden – und das ermöglichte die Ausbreitung des Lichts. Im Wesentlichen ermöglichten diese Löcher (oder Blasen) im Neutralgas der ionisierenden Strahlung, sich weiter durch den Weltraum zu bewegen. Es war der Beginn der Epoche der Reionisierung. Eine Milliarde Jahre nach dem Urknall war das Universum vollständig ionisiert.
Wie sind also die frühen supermassereichen Schwarzen Löcher zu erklären?
Es ist interessant, dass die vom JWST gefundenen frühen Galaxien zusammen mit ihren Quasaren bereits vollständig vorhanden waren und in ihren Kernen supermassereiche Schwarze Löcher hatten. Die entscheidende Frage bleibt: Wie sind sie so schnell so groß geworden? Ihre Existenz könnte den Astronomen etwas über die „Überdichten“ im jungen Kosmos verraten. Erstens benötigt der „Samen“ des Schwarzen Lochs eine überdichte Region voller Galaxien, um sich zu bilden.
Bisher fanden Beobachtungen vor der JWST-Entdeckung jedoch nur wenige Überdichten von Galaxien um die frühesten supermassereichen Schwarzen Löcher. Astronomen müssen in dieser Epoche weitere Beobachtungen durchführen, um zu erklären, warum das so sein könnte. Das ASPIRE-Programm soll dazu beitragen, Fragen zur Rückkopplung zwischen Galaxienentstehung und Schwarzlochentstehung in dieser sehr frühen Epoche des Universums zu klären. Unterwegs sollten sie auch weitere Fragmente der großräumigen Struktur des kosmischen Netzes des Universums sehen, die sich bilden.
Für mehr Informationen
Webb der NASA identifiziert die frühesten Stränge des kosmischen Netzes
Eine SPektroskopische Untersuchung voreingenommener Halos im Zeitalter der Reionisierung (ASPIRE): JWST enthüllt eine Filamentstruktur um az = 6,61 Quasar
