Eine kürzlich durchgeführte Analyse von interstellarer Materie in der Zwerggalaxie Sextans A hat Astronomen dazu veranlasst, die Geschichte der Bildung fester Materie im frühen Universum neu zu überdenken. Dank des James-Webb-Weltraumteleskops konnten Forscher Metallkörnchen aus Eisen und Siliziumcarbid in einer chemisch primitiven Umgebung nachweisen, wie Forscherinnen des Wissenschaftsinstituts des Weltraumteleskops bei einer Konferenz in Phoenix erläuterten.

Sextans A, etwa vier Millionen Lichtjahre entfernt, verfügt nur über 3 bis 7 Prozent des Metallgehalts der Sonne. Diese Knappheit an schweren Elementen macht sie zu einem nahezu perfekten Analogon der frühen Galaxien, die nach dem Urknall entstanden, als das Universum hauptsächlich von Wasserstoff und Helium dominiert wurde.

Die schwache Gravitation von Sextans A verhindert, dass sie Elemente wie Eisen und Sauerstoff zurückhalten kann. Daher gingen Astronomen davon aus, dass ihre Sterne kaum in der Lage wären, Staub zu erzeugen. Doch das Webb-Teleskop widerlegte diese Hypothese.

„Sextans A bietet uns ein Modell für die ersten staubhaltigen Galaxien“, erklärte Elizabeth Tarantino, Postdoktorandin am Institut für Wissenschaft des Weltraumteleskops und Hauptautorin der Ergebnisse eines der beiden in einer Pressekonferenz während der 247. Tagung der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft in Phoenix präsentierten Studien.

Die Ergebnisse ermöglichen es, „die entferntesten Galaxien zu interpretieren, die mit dem Webb-Teleskop erfasst wurden, und zu verstehen, welche ersten Komponenten das Universum bildete“.

Untersuchungen der Sterne in Sextans A

Eine der veröffentlichten Studien in The Astrophysical Journal analysierte mit dem MIRI-Spektrometer etwa ein halbes Dutzend Sterne in einer fortgeschrittenen Phase, bekannt als Sterne der Asymptotischen Riesenphase (AGB).

„Ein dieser Sterne befindet sich am oberen Massengrenze der AGB-Reihe, und solche Sterne neigen dazu, Silikatstaub zu produzieren. Aufgrund der so niedrigen Metallizität hätten wir jedoch erwartet, dass diese Sterne praktisch frei von Staub sind“, so Martha Boyer, assoziierte Astronomin am Institut für Wissenschaft des Weltraumteleskops und Hauptautorin der Studie. Entgegen aller Erwartungen identifizierte das Webb-Teleskop einen Stern, der „Staubkörnchen produziert, die fast ausschließlich aus Eisen bestehen“, ein bisher unbekanntes Phänomen bei vergleichbaren Objekten.

Die chemischen Bedingungen in Sextans A ähneln einer „kosmischen Küche“, in der fast alle essentiellen Zutaten fehlen. „Es wäre, als würde man versuchen, Plätzchen in einer Küche ohne Mehl, Zucker oder Butter zu backen“, verglich Boyer. Dennoch fanden die Sterne eine „vollkommen andere Rezeptur“, um Staub zu erzeugen und bewiesen, dass das Fehlen von Silizium und Magnesium die Bildung von Siliziumcarbid oder reinem Eisen nicht verhinderte.

Forschungsergebnisse und deren Bedeutung

Boyer hob einen entscheidenden Unterschied im Vergleich zum heutigen Staub hervor: „Der Staub des primitiven Universums könnte ganz anders ausgesehen haben als die Silikatkörnchen, die wir heute sehen.“ Laut der Astronomin „absorbieren Eisenkörnchen Licht effizient, hinterlassen jedoch keine klaren spektralen Spuren und könnten zu den großen Staubansammlungen beitragen, die in den weit entfernten Galaxien, die vom Webb-Teleskop entdeckt wurden, beobachtet werden.“

Einem ergänzenden Bericht, der auf arXiv veröffentlicht wurde, gelang die Detektion von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), komplexen Kohlenstoffmolekülen, in kleinen Taschen dichtem Gases innerhalb der Galaxie. Es ist das erste Mal, dass PAK in einer Galaxie mit so niedriger Metallizität entdeckt wurden. „Webb zeigt, dass PAK sogar in den metallärmsten Galaxien entstehen und überleben können, jedoch nur in kleinen, geschützten Inseln aus dichtem Gas“, erklärte Tarantino.

Diese Molekülansammlungen lösen ein altes Rätsel über das scheinbare Fehlen von PAK in metallarmen Galaxien und öffnen die Tür zu neuen Studien mit hochauflösender Spektroskopie, die für das Webb-Teleskop bereits genehmigt wurden.

Die Ergebnisse belegen, dass die Vielfalt der Prozesse zur Staubbildung im frühen Universum wesentlich größer war, als bisher angenommen. „Jede Entdeckung in Sextans A erinnert uns daran, dass das primitive Universum einfallsreicher war, als wir dachten“, schloss Boyer.

Für die Astronomin ist es offensichtlich, dass „die Sterne einen Weg gefunden haben, die grundlegenden Bausteine der Planeten zu bilden, lange bevor Galaxien wie unsere existierten“.