Alleen de James Webb Space Telescope kan deze sterrenstelsels detecteren en onderzoeken, die zich vormden in dicht, ondoorzichtig gas toen het heelal nog maar een paar honderd miljoen jaar oud was. Een team in Denemarken dat archiefgegevens van de James Webb ruimtetelescoop bestudeert, heeft onlangs een trio verre sterrenstelsels gevonden die gas aan het verzamelen waren toen het heelal nog maar een paar honderd miljoen jaar oud was. Hun detectie en karakterisering zijn opmerkelijke prestaties waartoe alleen Webb momenteel in staat is, dankzij zijn specialisatie in infrarood licht. De gegevens laten voor het eerst zien dat deze vroege sterrenstelsels worden omringd door grote gasreservoirs. Dat gas zal uiteindelijk in de sterrenstelsels vallen, nieuwe stervorming aanwakkeren en na miljoenen jaren leiden tot zeer gestructureerde sterrenstelsels boordevol sterren.
Onderzoekers die gegevens van NASA's James Webb ruimtetelescoop hebben geanalyseerd, hebben drie sterrenstelsels aangewezen die mogelijk actief werden gevormd toen het heelal nog maar 400 tot 600 miljoen jaar oud was. De gegevens van Webb laten zien dat deze sterrenstelsels worden omringd door gas waarvan de onderzoekers vermoeden dat het bijna uitsluitend waterstof en helium is, de vroegste elementen die in het heelal bestaan. De instrumenten van Webb zijn zo gevoelig dat ze een ongebruikelijke hoeveelheid dicht gas rondom deze sterrenstelsels konden detecteren. Dit gas voedt waarschijnlijk de vorming van nieuwe sterren in de sterrenstelsels. "Deze sterrenstelsels zijn als sprankelende eilanden in een zee van anders neutraal, ondoorzichtig gas," legt Kasper Heintz uit, hoofdauteur en assistent-professor astrofysica aan het Cosmic Dawn Center (DAWN) van de Universiteit van Kopenhagen in Denemarken. "Zonder Webb zouden we deze zeer vroege sterrenstelsels niet kunnen waarnemen, laat staan dat we zoveel over hun vorming zouden kunnen leren."
"We stappen af van het beeld van sterrenstelsels als geïsoleerde ecosystemen. In dit stadium van de geschiedenis van het heelal zijn alle sterrenstelsels nauw verbonden met het intergalactische medium met zijn filamenten en structuren van ongerept gas," voegde Simone Nielsen toe, co-auteur en promovendus bij DAWN. Op de beelden van Webb zien de sterrenstelsels eruit als vage rode vlekken. Daarom waren extra gegevens, bekend als spectra, cruciaal voor de conclusies van het team. Deze spectra laten zien dat het licht van deze sterrenstelsels wordt geabsorbeerd door grote hoeveelheden neutraal waterstofgas. "Het gas moet zeer wijdverspreid zijn en een zeer groot deel van het sterrenstelsel bedekken," zegt Darach Watson, co-auteur en professor bij DAWN. "Dit suggereert dat we de assemblage van neutraal waterstofgas in sterrenstelsels zien. Dat gas koelt af, klontert samen en vormt nieuwe sterren."
Het heelal zag er een paar honderd miljoen jaar na de oerknal heel anders uit tijdens een periode die bekend staat als het tijdperk van reïonisatie. Gas tussen sterren en sterrenstelsels was grotendeels ondoorzichtig. Gas in het hele heelal werd pas volledig transparant ongeveer 1 miljard jaar na de oerknal. Sterren in sterrenstelsels hebben bijgedragen aan het verhitten en ioniseren van het gas om hen heen, waardoor het gas uiteindelijk volledig transparant werd. Door de gegevens van Webb te vergelijken met modellen van stervorming, ontdekten de onderzoekers ook dat deze sterrenstelsels voornamelijk populaties van jonge sterren hebben. "Het feit dat we grote gasreservoirs zien, suggereert ook dat de sterrenstelsels nog niet genoeg tijd hebben gehad om de meeste van hun sterren te vormen," voegde Watson eraan toe.
Dit is nog maar het begin
Webb voldoet niet alleen aan de missiedoelen die ten grondslag lagen aan de ontwikkeling en lancering, maar overtreft ze zelfs. "Vóór Webb was het onmogelijk om beelden en gegevens van deze verre sterrenstelsels te verkrijgen," legt Gabriel Brammer, medeauteur en universitair hoofddocent bij DAWN, uit. "Bovendien hadden we een goed gevoel van wat we zouden gaan vinden toen we voor het eerst een glimp van de gegevens opvingen - we deden bijna ontdekkingen op het oog." Er zijn nog veel meer vragen te beantwoorden. Waar zit het gas precies? Hoeveel bevindt zich in de buurt van de centra van de sterrenstelsels - of in de buitenwijken? Is het gas ongerept of al bevolkt door zwaardere elementen? Er ligt belangrijk onderzoek in het verschiet. "De volgende stap is om grote statistische steekproeven van sterrenstelsels te maken en de prevalentie en prominentie van hun eigenschappen in detail te kwantificeren," aldus Heintz. De bevindingen van de onderzoekers waren mogelijk dankzij de Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey van Webb, die spectra van verre sterrenstelsels van de NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) van de telescoop bevat en onmiddellijk werd vrijgegeven om ontdekkingen zoals deze te ondersteunen als onderdeel van het ERS-programma (Early Release Science) van Webb.
De James Webb ruimtetelescoop is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost mysteries op in ons zonnestelsel, kijkt verder naar verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma dat wordt geleid door NASA met zijn partners ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency).
Bron: JWST
