Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) bieten erstmals Einblicke in frühe Galaxien während der Epoche der Reionisierung. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Angela Adamo von der Universität Stockholm entdeckte einige junge massereiche Sternhaufen in der Galaxie SPT0615-JD1. Diese sandte bereits 460 Millionen Jahre nach dem Urknall Licht aus – zu dieser Zeit hatte das Universum erst drei Prozent seines heutigen Alters von 13,8 Milliarden Jahren erreicht. Erst die Vergrößerung durch eine starke Gravitationslinse ermöglicht es, kleinere Strukturen innerhalb der stark verzerrten Galaxie zu beobachten. Sie erscheint durch die Effekte der Linse als stark ausgeprägter Bogen, was ihr den Namen »Cosmic Gems Arc« eingebracht hat. Der kosmische Juwelenbogen gehört zu den am stärksten vergrößerten Galaxien überhaupt.

Auf kleinem Raum konnten nun neun ungewöhnlich massereiche, dicht mit Sternen bepackte Haufen gefunden werden – mehr als drei Größenordnungen dichter als solche in der lokalen Gruppe und in unserer Galaxis. Von diesen ließen sich allerdings nur fünf zweifelsfrei als gravitativ gebundene Protokugelsternhaufen identifizieren. Sie liegen alle innerhalb einer kompakten Region von weniger als 230 Lichtjahren Durchmesser und werden auf ein Alter von weniger als 50 Millionen Jahren geschätzt. Innerhalb einer Ausdehnung von nur zweieinhalb bis acht Lichtjahren vereinen sie jeweils zwischen ein und drei Millionen Sonnenmassen. Zusammengenommen machen sie so rund 30 Prozent der stellaren Masse ihrer Heimatgalaxie aus.

Sehr dichte Sternhaufen wie die im »Cosmic Gems Arc« weisen hohe Sternentstehungsraten auf und enthalten viele massereiche Sterne sowie Wolf-Rayet-Sterne, die schnell große Mengen an Materie abstoßen. Angetrieben durch ihre starken Sternwinde tragen die jungen Sternhaufen maßgeblich zur gemessenen UV-Strahlung ihrer Heimatgalaxie bei. Ihre Entdeckung kann somit einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis liefern, wie junge Galaxien so effektiv das frühe Universum reionisieren konnten. Auf Grund der hohen Sterndichten im Inneren der Sternhaufen geht das Team um Adamo zudem von einem signifikanten Anteil an miteinander verschmolzenen stellaren Schwarzen Löchern aus. Diese könnten sich als Keime für Schwarze Löcher mittlerer Massen herausstellen.

Die Forschungsgruppe plant bereits weitere Untersuchungen mit dem JWST, um die Eigenschaften der Sternhaufen und des ionisierten Gases besser zu verstehen. Mittels spektroskopischer Messungen wird die Sternentstehungsrate genau aufgezeichnet werden können. Um die Ergebnisse dieser Arbeit quantitativ zu unterstützen, beabsichtigt das Team zudem, eine Vielzahl ähnlicher Galaxien zu analysieren. Dies soll die Wissenslücke über die Entstehung der ersten Sterne und Kugelsternhaufen in jungen Galaxien verringern. Beobachtungen von kurz nach dem Urknall entstandenen Kugelsternhaufen wie im »Cosmic Gems Arc« können dabei wichtige Fortschritte liefern.