// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Webb-Teleskop hat Hunderte versteckte Galaxien im frühen Universum entdeckt
Das James-Webb-Weltraumteleskop hat hinter dem Galaxienhaufen MACS J0454.1-0300 zwei ungewöhnliche Gravitationslinsen-Konfigurationen sichtbar gemacht, die winzige Galaxienstrukturen stark vergrößern. Einige Lichtknoten erscheinen mehr als 300-fach verstärkt und lassen sich auf Größen unter einem Parsec eingrenzen. Die Analyse eröffnet einen seltenen Blick auf Galaxien aus den ersten Milliarden Jahren des Universums.
Bengaluru (Indien). Galaxienhaufen können das Licht weit hinter ihnen liegender Objekte ablenken und verstärken. Bei besonders günstiger Geometrie erzeugt diese Gravitationslinse sogar mehrere Bilder derselben Hintergrundgalaxie. Der Haufen MACS J0454.1-0300 bei einer Rotverschiebung von rund 0,55 ist ein solcher kosmischer Vergrößerer.
Das neue Webb-Bild zeigt diese Wirkung in ungewöhnlicher Detailfülle. Gegenüber einer 2014 veröffentlichten Hubble-Aufnahme erscheinen darin Hunderte zusätzliche Galaxien, weil Webb empfindlicher für ihr stark ins Rote verschobenes Licht ist. Zugleich lassen sich in zwei Hintergrundsystemen seltene Mehrfachbilder erkennen, die besonders kleine Strukturen zugänglich machen.
Forscher des Indian Institute of Science (IISc) um Ashish Kumar Meena haben die Webb-Aufnahmen mit einem aktualisierten Massenmodell des Galaxienhaufens analysiert. Die Arbeit liegt derzeit als Forschungs-Preprint vor und ist noch nicht fachbegutachtet. Grundlage sind unter anderem fünf Beobachtungsepochen mit Webbs Nah-Infrarotkamera NIRCam aus dem Programm 5058 zwischen dem 23. Januar und 7. Februar 2025 sowie ältere Hubble-Bilder und Spektraldaten des Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE).
Das Modell zeigt in beiden Fällen eine sogenannte Schwalbenschwanz-Kaustik. Solche schmalen Bereiche entstehen in der mathematischen Abbildung einer starken Gravitationslinse. Liegt ein Teil einer Hintergrundgalaxie darin, kann derselbe Bereich vierfach erscheinen und gleichzeitig stark vergrößert werden. Nach Angaben des Teams ist dies das erste Mal, dass zwei solcher Konfigurationen hinter demselben Galaxienhaufen beobachtet wurden.
Das erste System gehört zu einer Galaxie bei der Rotverschiebung 2,91. Ihr Licht stammt aus einer Zeit, als das Universum nach dem verwendeten kosmologischen Modell rund 2,18 Milliarden Jahre alt war. Ein kleiner Teil der Galaxie mit mindestens zwei kompakten Lichtknoten liegt innerhalb der Schwalbenschwanz-Kaustik und wird dadurch vierfach abgebildet.
Für zwei besonders stark vergrößerte Knoten ergeben sich Vergrößerungsfaktoren von mehr als 300 für punktförmige Quellen. Aus den beobachteten Größen und dem Linsenmodell leiten die Autoren effektive Radien von höchstens etwa 0,8 bis 1,5 Parsec ab. Einzelne Modellwerte fallen noch kleiner aus, sind bei den höchsten Vergrößerungen aber besonders unsicher. Die offizielle Webb-Veröffentlichung beschreibt die kleinsten erfassten Bereiche als nur etwa fünf Lichtjahre groß.
Das zweite System liegt bei der Rotverschiebung 6,70 und zeigt damit eine Galaxie aus einer Zeit rund 800 Millionen Jahre nach dem Urknall. Für ihre kompakten Knoten sagt das Modell Vergrößerungen von etwa 20 bis 200 voraus. Die abgeleiteten effektiven Radien reichen je nach Knoten von höchstens etwa 0,8 bis 18,5 Parsec.
Die seltene Linsengeometrie wirkt damit wie ein zusätzliches optisches Hilfsmittel für Webb. Sie macht Strukturen messbar, die ohne den Galaxienhaufen zu klein und zu lichtschwach wären. Die Kombination aus hoher räumlicher Auflösung und natürlicher Vergrößerung könnte so neue Einblicke in die innere Struktur sehr weit entfernter Galaxien ermöglichen.
Die extremen Vergrößerungswerte hängen empfindlich vom Linsenmodell ab. Kleine Verschiebungen der kritischen Kurven gegenüber den beobachteten Bögen können die berechneten Verstärkungen deutlich verändern. Die Autoren betonen deshalb, dass mehrere unabhängige Linsenmodelle nötig sind, bevor sich die physikalischen Eigenschaften der kleinsten Knoten präzise bestimmen lassen.