Een nieuwe afbeelding van een cluster van sterrenstelsels die bekend staat als "El Gordo" onthult verre en stoffige objecten die nog nooit eerder zijn gezien en biedt een overvloed aan nieuwe wetenschappelijke inzichten. De infraroodopname, gemaakt door NASA's James Webb Space Telescope, toont een verscheidenheid aan ongewone, vervormde achtergrondstelsels die alleen te zien waren op eerdere beelden van de Hubble Space Telescope.
El Gordo is een cluster van honderden sterrenstelsels die bestonden toen het heelal 6,2 miljard jaar oud was, waardoor het een "kosmische tiener" is. Het is de meest massieve cluster die toen bestond. ("El Gordo" is Spaans voor de "Dikke.") Het team richtte zich op El Gordo omdat het fungeert als een natuurlijk, kosmisch vergrootglas door een fenomeen dat bekend staat als gravitationele lensvorming. Zijn krachtige zwaartekracht buigt en vervormt het licht van objecten die erachter liggen, net als een brillenglas. "Lensing door El Gordo versterkt de helderheid en vergroot de afmetingen van verre sterrenstelsels. Dit lenseffect biedt een uniek venster op het verre heelal," aldus Brenda Frye van de Universiteit van Arizona. Frye is co-leider van de PEARLS-Clusters tak van het Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS) team en hoofdauteur van een van de vier artikelen waarin de El Gordo-waarnemingen worden geanalyseerd.
De vishaak
Binnen de afbeelding van El Gordo is een van de opvallendste kenmerken een heldere boog die rechtsboven in rood wordt weergegeven. Het licht van dit sterrenstelsel, dat door een van Frye's studenten "El Anzuelo" (de vishaak) werd genoemd, deed er 10,6 miljard jaar over om de aarde te bereiken. De kenmerkende rode kleur is het gevolg van een combinatie van roodheid door stof in het sterrenstelsel zelf en kosmologische roodverschuiving door de extreme afstand.
Door te corrigeren voor de vervormingen die ontstaan door lensvorming, kon het team vaststellen dat het achtergrondsterrenstelsel schijfvormig is, maar slechts 26.000 lichtjaar in diameter - ongeveer een vierde van de grootte van de Melkweg. Ze konden ook de stervormingsgeschiedenis van het sterrenstelsel bestuderen en ontdekten dat de stervorming in het centrum van het stelsel al snel afnam, een proces dat bekend staat als uitdoven.
"We waren in staat om de stofwolk die het centrum van het sterrenstelsel omhult, waar sterren actief worden gevormd, zorgvuldig te ontleden", zegt Patrick Kamieneski van de Arizona State University, hoofdauteur van een tweede artikel. "Nu, met Webb, kunnen we met gemak door dit dikke gordijn van stof heen kijken, waardoor we de assemblage van sterrenstelsels van binnenuit kunnen zien."
De dunne
Een ander opvallend kenmerk op de Webb-opname is een lange, potlooddunne lijn links van het midden. Dit staat bekend als "La Flaca" (de Dunne) en is een ander gelensd achtergrondstelsel waarvan het licht er ook bijna 11 miljard jaar over heeft gedaan om de aarde te bereiken. Niet ver van La Flaca ligt een ander gelensd sterrenstelsel. Toen de onderzoekers dat sterrenstelsel nauwkeurig onderzochten, vonden ze een enkele rode reuzenster die ze Quyllur noemden, de Quechua-naam voor ster.
Hubble heeft al eerder andere gelensde sterren gevonden (zoals Earendel), maar dat waren allemaal blauwe superreuzen. Quyllur is de eerste individuele rode reuzenster die verder dan 1 miljard lichtjaar van de aarde is waargenomen. Zulke sterren met een hoge roodverschuiving kunnen alleen worden waargenomen met de infraroodfilters en gevoeligheid van Webb. "Het is bijna onmogelijk om gelensde rode reuzensterren te zien, tenzij je naar het infrarood gaat. Dit is de eerste die we met Webb hebben gevonden, maar we verwachten dat er nog veel meer zullen volgen," zegt Jose Diego van het Instituto de Física de Cantabria in Spanje, hoofdauteur van een derde artikel over El Gordo.
Foto: NASA/ESA/CSA
Melkweggroep en vlekken
Andere objecten in het Webb-beeld zijn weliswaar minder opvallend, maar wetenschappelijk even interessant. Frye en haar team (dat bestaat uit negen studenten, variërend van middelbare scholieren tot afgestudeerden) hebben bijvoorbeeld vijf multiply lensed sterrenstelsels geïdentificeerd die een cluster van babysterrenstelsels lijken te zijn die ongeveer 12,1 miljard jaar geleden zijn gevormd. Er zijn nog een dozijn andere kandidaat-sterrenstelsels die mogelijk ook deel uitmaken van deze verre cluster. "Hoewel aanvullende gegevens nodig zijn om te bevestigen dat er 17 leden van deze cluster zijn, zijn we mogelijk getuige van een nieuwe cluster van sterrenstelsels die zich voor onze ogen vormt, iets meer dan een miljard jaar na de oerknal," aldus Frye.
Een laatste artikel onderzoekt zeer zwakke, veegachtige sterrenstelsels die bekend staan als ultradiffuse sterrenstelsels. Zoals hun naam al suggereert, hebben deze objecten, die verspreid zijn over de El Gordo-cluster, hun sterren wijd verspreid in de ruimte. Het team identificeerde enkele van de verste ultradiffuse sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen en waarvan het licht 7,2 miljard jaar heeft gereisd om ons te bereiken.
"We hebben onderzocht of de eigenschappen van deze sterrenstelsels verschillen van de ultradiffuse sterrenstelsels die we in het lokale heelal zien, en we zien inderdaad enkele verschillen. Ze zijn met name blauwer, jonger, uitgestrekter en gelijkmatiger verdeeld over de cluster. Dit suggereert dat het leven in de clusteromgeving gedurende de afgelopen 6 miljard jaar een aanzienlijk effect heeft gehad op deze sterrenstelsels," legt Timothy Carleton van de Arizona State University uit, hoofdauteur van het vierde artikel.
"Gravitationele lensvorming werd meer dan 100 jaar geleden voorspeld door Albert Einstein. In de El Gordo-cluster zien we de kracht van gravitationele lensing in actie," concludeerde Rogier Windhorst van Arizona State University, hoofdonderzoeker van het PEARLS-programma. "De PEARLS-beelden van El Gordo zijn buitengewoon mooi. En ze hebben ons laten zien hoe Webb de schatkist van Einstein kan ontsluiten."
Het artikel van Frye et al. is gepubliceerd in Astrophysical Journal. Het artikel van Kamieneski et al. is geaccepteerd voor publicatie in Astrophysical Journal. Het artikel van Diego et al. is gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics. Het artikel van Carleton et al. is geaccepteerd voor publicatie in Astrophysical Journal.
Bron: NASA
