Op de befaamde foto schitteren enkele van de eerste sterrenstelsels die kort na de oerknal ontstonden. En ze zijn heel anders dan verwacht…

Een paar dagen na de officiële start van de langverwachte missie van James Webb, trakteerde de telescoop ons op een prachtige kleurenfoto. Op deze ‘diep field’-opname pronken duizenden sterrenstelsels, waaronder piepjonge exemplaren die tot nu toe buiten het zicht van alle andere bestaande telescopen waren gebleven. Onderzoekers hebben nu deze eerste foto van James Webb nader onder de loep genomen. En dat heeft geleid tot de ontdekking van twee uitzonderlijk en onverklaarbaar heldere sterrenstelsels in het jonge heelal.

Record verbroken
De twee eigenaardige sterrenstelsels ontstonden vermoedelijk zo’n 350 en 450 miljoen jaar na de oerknal. Hoewel de precieze afstand tot de sterrenstelsels nog met spectroscopie moet worden bevestigd, lijkt het er sterk op dat astronomen het record van verste sterrenstelsel ooit gevonden, hebben verbroken. De vorige recordhouder was het sterrenstelsel GN-z11, dat ongeveer 400 miljoen jaar na de oerknal ontstond. GN-z11 werd ontdekt in 2016 met behulp van Hubble ruimtetelescoop. Maar nu blijkt dat één van de nieuw ontdekte sterrenstelsels, GLASS-z12, ongeveer 350 miljoen jaar na de oerknal het levenslicht zag. En daarmee is dit sterrenstelsel ongeveer 50 miljoen jaar ouder dan de vorige recordhouder.

Helderheid
Zoals gezegd is met name de extreme helderheid van de nieuw ontdekte sterrenstelsels een raadsel. “De helderheid is echt een puzzel, die ons begrip van de vorming van sterrenstelsels op de proef stelt,” merkt onderzoeker Pascal Oesch op. Door de Webb-waarnemingen moeten astronomen nu concluderen dat blijkbaar een ongewoon aantal sterrenstelsels in het vroege heelal veel helderder waren dan gedacht.

Heel anders
Daarnaast blijkt dat de eerste gevormde sterrenstelsels er opmerkelijk anders uitzien dan de volgroeide exemplaren die we vandaag de dag om ons heen zien. Ze lijken samengeperst en bol- of schijfvormig en zijn daarnaast veel kleiner dan ons Melkwegstelsel. Bovendien vormen de jonge sterrenstelsels in werkelijk ongekend tempo nieuwe sterren. Onderzoekers zijn dan ook enigszins van slag door de allereerste opname van James Webb. “Alles wat we zien is nieuw,” zegt onderzoeker Tommaso Treu. “Webb laat ons zien dat er een heel rijk universum bestaat dat verder gaat dan we hadden gedacht. Wederom heeft het universum ons verrast. Deze vroege sterrenstelsels zijn in veel opzichten zeer ongebruikelijk.”

De twee vreemde, nieuw ontdekte sterrenstelsels. Sterrenstelsel nummer 1 zag na schatting vermoedelijk 450 miljoen jaar na de oerknal het levenslicht en is opmerkelijk langgerekt. Sterrenstelsel nummer 2 is mogelijk nog ouder en ontstond 350 miljoen jaar na de oerknal. Beide sterrenstelsels zijn dus één van de oudste en verste ooit gevonden. Ze zijn bovendien opvallend klein in vergelijking met de Melkweg. Afbeelding: NASA, ESA, CSA, T. Treu (UCLA)

Hoewel astronomen nog geen sluitende verklaring voor de mysteries hebben gevonden, stellen ze twee mogelijke theorieën voor. De eerste optie luidt dat de sterrenstelsels heel massief zijn en sterren met een lage massa herbergen, zoals latere sterrenstelsels. Daarentegen zouden de heldere sterrenstelsels ook de thuisbasis kunnen zijn van populatie III-sterren; de allereerste sterren in het universum die tot nu toe nog nooit zijn waargenomen.

Populatie III-sterren
Onderzoekers vermoeden dat de allereerste populatie sterren die in het universum werd gevormd, massiever, helderder en heter was dan hedendaagse sterren. Ze zouden schitteren bij zinderende temperaturen en alleen bestaan uit oerwaterstof en helium. En dit zou dan ook de opvallende eigenschappen van de ontdekte sterrenstelsels kunnen verklaren. “Het verste sterrenstelsel is erg compact,” legt onderzoeker Adriano Fontana uit. “De kleuren lijken erop te wijzen dat de stellaire populatie nog geen zware elementen bevat. Mogelijk herbergt het enkele Populatie III-sterren. Alleen verdere analyse met behulp van Webb-spectra zullen dat uitwijzen.”

Meer over de Populatie III-sterren
Zoals gezegd zijn populatie III-sterren de allereerste sterren die zich na de oerknal vormden. Deze sterren leefden heel kort – mogelijk enkele honderdduizenden jaren – maar zijn wel belangrijk geweest voor de ‘evolutie’ van het universum. Deze sterren zetten lichte elementen in korte tijd om in zwaardere elementen, zoals zuurstof, stikstof, koolstof en ijzer. Zonder deze elementen waren wij er niet geweest, want ze zijn heel belangrijk voor het ontstaan van leven. Deze oersterren zijn tot op heden nog niet waargenomen. Maar de zoektocht gaat onverminderd door.

Al met al verandert de foto die Webb vrij nonchalant maakte, ons begrip van hoe de eerste sterrenstelsels in het drukke, chaotische en vroege heelal ontstonden, volledig. “We waren heel verbaasd om het verst verwijderde sterlicht te vinden dat iemand ooit had gezien, slechts enkele dagen nadat Webb zijn eerste gegevens had vrijgegeven,” zegt onderzoeker Rohan Naidu. Op basis van alle voorspellingen dachten astronomen dat ze een veel groter deel van het heelal moesten doorzoeken om dergelijke sterrenstelsels te vinden. “De observaties laten je hoofd ontploffen,” vult onderzoeker Paola Santini aan. “Dit is een heel nieuw hoofdstuk in de astronomie. Het is als een archeologische opgraving, waarbij er plotseling een verloren stad wordt gevonden. Het is gewoon onthutsend.”

Wist je dat…

…astronomen zich enkele maanden geleden ook al over de eerste diep field’-opname van Webb hadden gebogen? Ook toen ontdekten ze iets bijzonders… Wil je weten wat? Lees het hier!