Deze zes verre sterrenstelsels die door JWST zijn vastgelegd, verbazen astronomen

Deze maand onthulden onderzoekers de resultaten van een van de grootste en diepste astronomische onderzoeken van de nachtelijke hemel ooit uitgevoerd door de James Webb Space Telescope (JWST). Deze inspanning identificeerde enkele van de oudste sterrenstelsels die ooit zijn gezien – binnen de eerste 650 miljoen jaar na de geboorte van het universum in de oerknal. De resultaten verbluften astronomen en onthullen dat sterren en sterrenstelsels zich veel eerder vormden en evolueerden dan iemand had verwacht.

JWST ontdekt enkele van de meest verre sterrenstelsels ooit gezien

Het project, bekend als de JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), tuurde naar verschillende delen van de hemel, waaronder een in het sterrenbeeld Fornax – dat beroemd werd in 2004 nadat de Hubble-ruimtetelescoop er 11 dagen naar had gestaard en duizenden sterrenstelsels onthulde. . In tegenstelling tot Hubble werkt de JWST voornamelijk op infrarode golflengten van licht, wat hem ideaal maakt voor het opsporen van extreem verre sterrenstelsels, waarvan het licht zich uitstrekt naarmate het universum uitdijt, waardoor het roder lijkt.

Het sterlicht van deze objecten heeft zulke grote afstanden afgelegd dat het leek alsof het niet lang na de oerknal was, 13,8 miljard jaar geleden. Astronomen meten afstand met behulp van een factor die bekend staat als de roodverschuiving: hoe groter de roodverschuiving, hoe verder weg een object is.

Voorafgaand aan de lancering van JWST in 2021 werden slechts enkele tientallen sterrenstelsels waargenomen met een roodverschuiving van meer dan 8. JADES heeft maar liefst 717 sterrenstelsels geïdentificeerd die zich binnen dit bereik kunnen bevinden.¹. Hier helpen astronomen natuur Begrijp de stortvloed aan gegevens door enkele van hun favoriete sterrenstelsels te kiezen (gerangschikt van verst naar minst) en uit te leggen wat de objecten ons kunnen leren over de vroege dagen van het universum.

Recordhouder

Deze vage rode klodder lijkt misschien niet veel, maar het is de huidige recordhouder voor het verst bekende object in het universum. JWST ontdekte het sterrenstelsel, bekend als JADES-GS-z13-0, eind vorig jaar en vervolgens bevestigd², door gedetailleerde studies van sterlicht, dat het zich op een roodverschuiving van 13,2 bevindt. Dit betekent dat het lijkt alsof het slechts 320 miljoen jaar na de oerknal is gebeurd.

Het sterrenstelsel is fysiek klein, met een diameter van een paar honderd lichtjaar, maar het pompt nieuwe sterren uit met een snelheid die vergelijkbaar is met de huidige Melkweg, zegt Brant Robertson, een astronoom aan de University of California, Santa Cruz. Dit is opmerkelijk omdat wetenschappers geloofden dat de eerste sterrenstelsels die zich in het universum vormden, langzaam zouden samenkomen terwijl de sterren oplaaiden en zich verenigden. JADES-GS-z13-0 en andere soortgelijke dingen verschijnen³ dat vroege sterrenstelsels broeinesten van stervorming waren.

“Deze sterrenstelsels zijn de bouwstenen van structuur in het universum”, zegt Kevin Heinlein, een astronoom aan de Universiteit van Arizona in Tucson. Met JWST voegt hij eraan toe: “we zien ze overal.”

Gloeiend hondenbot

Onderzoekers denken dat dit dogbone-vormige object een roodverschuiving heeft van 11,3, hoewel deze afstand nog moet worden bevestigd. Ervan uitgaande dat het er hetzelfde uitziet als ongeveer 400 miljoen jaar na de oerknal.

JWST ontdekte eerder in het universum meer structuur dan iemand had verwacht: de hondenbotten lijken twee kleinere sterrenstelsels te zijn die bezig zijn samen te smelten. Dus 400 miljoen jaar na de oerknal had het universum al sterren gevormd die samengesmolten waren tot sterrenstelsels, en twee van die sterrenstelsels waren samengekomen.

Voordat de James Webb Space Telescope de nachtelijke hemel begon te onderzoeken, dachten wetenschappers niet dat zoveel galactische beweging zo vroeg in het universum mogelijk was. “Ik had helemaal niet verwacht dat we dit soort objecten in onze gegevens zouden zien”, zegt Hainline.

Degene die (misschien) de eerste sterren heeft

Met een roodverschuiving van 10,6 lijkt dit sterrenstelsel slechts 430 miljoen jaar na de oerknal verrassend helder, zegt Robertson. Het sterrenstelsel genaamd GN-z11, voor het eerst opgemerkt door Hubble, is verschenen als een ongelooflijk compacte bal onder de blik van JWST.⁴. Deze helderheid kan afkomstig zijn van een superzwaar zwart gat in het midden, waaromheen afgeschermd gas en stof spiraliseren⁵.

Andere JWST-waarnemingen geven aan dat dit sterrenstelsel enkele van de eerste sterren bevat die in het universum zijn gevormd⁶. Het bewijs, in de vorm van chemisch ongebruikelijke zakken oerheliumgas rond de randen van de melkweg, is voorlopig.

Maar de eerste sterren bestonden voornamelijk uit waterstof en helium, met zeer weinig andere chemische elementen. Dit is precies wat JWST mogelijk heeft opgemerkt op de GN-z11. Als dat zo is, zal het de lang gekoesterde droom van astronomen vervullen om deze sterren te ontdekken.

Een grote klont

Dit uitpuilende sterrenstelsel bevindt zich op een roodverschuiving van 8, wat hem ongeveer 300 miljoen jaar achter de recordhouder plaatst. Door de klonterige structuur die het had ontwikkeld, moeten die 300 miljoen jaar echter vol opwinding zijn geweest.

Als de 13,8 miljard jaar geschiedenis van het universum zou worden gecomprimeerd tot een film van twee uur, zegt Hainline, zouden de eerste vijf minuten – waarin alles wat volgt – alle vroege sterrenstelsels bevatten die door de JWST zijn gedetecteerd. En dit enorme sterrenstelsel, met een doorsnede van ongeveer 3,7 kilofarcis (12.000 lichtjaar), geeft aan dat het universum vanaf het begin dynamisch was.

Binnenstebuiten

Dit kleine sterrenstelsel, 700 miljoen jaar na de oerknal waargenomen, heeft meer sterren aan de rand dan in het centrum.

“Het is de eerste keer dat we de interne groei in zo’n vroeg stadium van het universum kunnen meten”, zegt Sandro Taquila, een astrofysicus aan de Universiteit van Cambridge, VK. Dit is verrassend omdat de theorie het tegenovergestelde suggereert – dat vroege sterrenstelsels sterren moeten hebben gevormd in de buurt van hun centra.

Dit sterrenstelsel lijkt meteen te zijn begonnen en heeft in zijn compacte kern net zoveel sterren gevormd als de grotere sterrenstelsels nu⁷. Daarna veranderde het in het maken van sterren aan de randen, het stadium waarin astronomen het vandaag kunnen zien.

kosmische roos

Deze bloemachtige groepering van zeer stoffige, extreem rode sterrenstelsels trok vrijwel onmiddellijk de aandacht van het JADES-team, wat haar de bijnaam de Kosmische Roos opleverde.

“Hij heeft een speciale plaats in het hart van het team”, zegt Stacy Alberts, een astronoom aan de Universiteit van Arizona in Tucson. “Wetenschappelijk gezien is het een prachtige demonstratie van JWST’s sprong voorwaarts in het begrijpen hoe rood het universum is.”

De Rosette-stelsels zijn waarschijnlijk niet fysiek gerelateerd aan elkaar, aangezien ze op verschillende afstanden liggen, waaronder roodverschuivingen van 2,5 tot 3,9. Maar die waarden plaatsten het in het hart van ‘kosmische middag’, een periode ongeveer drie miljard jaar na de oerknal, toen sterrenstelsels zo snel en krachtig sterren vormden dat ze de meeste sterren produceerden die tegenwoordig in het universum bekend zijn.