Zes massieve sterrenstelsels die in het vroege heelal zijn ontdekt, veranderen de vroegere opvattingen van wetenschappers over het ontstaan van sterrenstelsels in het heelal. "Deze objecten zijn veel massiever dan iemand had verwacht", zegt Joel Leja, assistent-professor astronomie en astrofysica aan Penn State, die het licht van deze sterrenstelsels heeft gemodelleerd. "We verwachtten op dit moment alleen maar kleine, jonge, babysterrenstelsels te vinden, maar we hebben sterrenstelsels ontdekt die net zo volwassen zijn als die van ons, in wat voorheen werd beschouwd als de dageraad van het heelal."
Met behulp van de eerste dataset die is vrijgegeven door NASA's James Webb Space Telescope, heeft het internationale team van wetenschappers objecten ontdekt die net zo volwassen waren als de Melkweg toen het heelal slechts 3% van zijn huidige leeftijd had, ongeveer 500-700 miljoen jaar na de oerknal. De telescoop is uitgerust met infrarood-instrumenten die het licht kunnen detecteren dat door de oudste sterren en sterrenstelsels werd uitgezonden. In wezen stelt de telescoop wetenschappers in staat om ongeveer 13,5 miljard jaar terug in de tijd te kijken, dicht bij het begin van het heelal zoals wij dat kennen, aldus Leja.
"Dit is onze eerste blik zo ver terug, dus het is belangrijk dat we een open geest houden over wat we zien," zei Leja. "Hoewel de gegevens aangeven dat het waarschijnlijk sterrenstelsels zijn, denk ik dat er een reële mogelijkheid is dat een paar van deze objecten verborgen superzware zwarte gaten blijken te zijn. Hoe dan ook, de hoeveelheid massa die we hebben ontdekt, betekent dat de bekende massa in sterren in deze periode van ons heelal tot 100 keer groter is dan we eerder dachten. Zelfs als we de steekproef halveren, is dit nog steeds een verbazingwekkende verandering."
In een vandaag (22 februari) in Nature gepubliceerd artikel tonen de onderzoekers aan dat de zes sterrenstelsels veel massiever zijn dan iemand had verwacht en stellen zij ter discussie wat wetenschappers voorheen begrepen over de vorming van sterrenstelsels aan het begin van het heelal.
"De openbaring dat de vorming van massieve sterrenstelsels extreem vroeg in de geschiedenis van het heelal begon, zet een streep door wat velen van ons dachten dat vaste wetenschap was," aldus Leja. "We hebben deze objecten informeel 'universumbrekers' genoemd - en ze hebben hun naam tot nu toe eer aangedaan." Leja legt uit dat de sterrenstelsels die het team heeft ontdekt zo massief zijn dat ze in spanning staan met 99% van de kosmologische modellen. Om zo'n grote hoeveelheid massa te kunnen verklaren, zouden ofwel de kosmologische modellen moeten worden gewijzigd, ofwel de wetenschappelijke kennis over de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal - dat sterrenstelsels begonnen als kleine wolken van sterren en stof die in de loop der tijd geleidelijk groter werden - moeten worden herzien. Beide scenario's vereisen een fundamentele verschuiving in ons begrip van het ontstaan van het heelal, voegde hij eraan toe.
"We keken voor het eerst in het zeer vroege heelal en hadden geen idee wat we zouden vinden," zei Leja. "Het blijkt dat we iets hebben gevonden dat zo onverwacht is dat het eigenlijk problemen oplevert voor de wetenschap. Het stelt het hele beeld van de vroege vorming van sterrenstelsels ter discussie."
Op 12 juli gaf NASA de eerste full-color beelden en spectroscopische gegevens vrij van de James Webb Space Telescope. Webb, de grootste infraroodtelescoop in de ruimte, is ontworpen om het ontstaan van de kosmos te bekijken. Dankzij zijn hoge resolutie kan hij objecten bekijken die te oud, te ver weg of te zwak zijn voor de Hubble-ruimtetelescoop. "Toen we de gegevens kregen, begon iedereen erin te duiken en deze enorme dingen doken heel snel op," zei Leja. "We begonnen modellen te maken en probeerden uit te zoeken wat ze waren, want ze waren zo groot en helder. Mijn eerste gedachte was dat we een fout hadden gemaakt en dat we die gewoon zouden vinden en verder zouden gaan met ons leven. Maar we hebben die fout nog niet gevonden, ondanks veel proberen."
Leja legde uit dat één manier om de bevindingen van het team te bevestigen en alle resterende zorgen weg te nemen, zou zijn om een spectrumopname te maken van de enorme sterrenstelsels. Dat zou het team gegevens verschaffen over de werkelijke afstanden, en ook over de gassen en andere elementen waaruit de sterrenstelsels bestaan. Het team zou de gegevens dan kunnen gebruiken om een duidelijker beeld te vormen van hoe de sterrenstelsels eruit zagen, en hoe massief ze werkelijk waren. "Een spectrum zal ons onmiddellijk vertellen of deze dingen echt zijn of niet," zei Leja. "Het laat ons zien hoe groot ze zijn, hoe ver weg ze zijn. Het grappige is dat we allemaal dingen hebben die we hopen te leren van James Webb en dat dit niet bovenaan de lijst stond. We hebben iets gevonden wat we nooit hadden gedacht aan het universum te vragen - en het gebeurde veel sneller dan ik dacht, maar hier zijn we dan."
De andere co-auteurs van het artikel zijn Elijah Mathews en Bingjie Wang van Penn State, Ivo Labbe van de Swinburne University of Technology, Pieter van Dokkum van Yale University, Erica Nelson van de University of Colorado, Rachel Bezanson van de University of Pittsburgh, Katherine A. Suess van de Universiteit van Californië en Stanford University, Gabriel Brammer van de Universiteit van Kopenhagen, Katherine Whitaker van de Universiteit van Massachusetts en de Universiteit van Kopenhagen, en Mauro Stefanon van de Universitat de Valencia.
Bron: Pennsylvania State University
