Het allerverste sterrenstelsel, dat slechts 300 miljoen jaar na de oerknal bestond, blijkt ook nog eens opmerkelijk vanwege zijn grootte en helderheid.
In de afgelopen jaren hebben wetenschappers de krachtige ruimtetelescoop James Webb gebruikt om te onderzoeken wat astronomen de ‘Kosmische Dageraad’ noemen – de periode in de eerste paar honderd miljoen jaar na de oerknal waarin de eerste sterrenstelsels werden geboren. Deze sterrenstelsels geven cruciale informatie over hoe gas, sterren en zwarte gaten zich ontwikkelden in het piepjonge universum. En nu komen onderzoekers met groot nieuws. Want dankzij het scherpe zicht van de ruimtetelescoop heeft een nieuw onderzoeksteam de twee vroegste en meest verre sterrenstelsels ooit ontdekt.
Recordbrekend
De twee sterrenstelsels die het afstandsrecord breken, heten JADES-GS-z14-0 en JADES-GS-z14-1, waarbij het eerste stelsel het verste is. Dit sterrenstelsel dateert slechts van 300 miljoen jaar na de oerknal. “In januari 2024 observeerden we het sterrenstelsel JADES-GS-z14-0 bijna tien uur lang,” zo vertellen de onderzoekers. “Toen het spectrum voor het eerst werd geanalyseerd, was er onmiskenbaar bewijs dat het sterrenstelsel een roodverschuiving van 14,32 had, waarmee het vorige record van het meest verre sterrenstelsel werd gebroken.”
Door de uitdijing van het universum ondergaat het licht van verre sterrenstelsels een verlenging van golflengte terwijl het zich voortbeweegt. Dit effect is zo krachtig voor de nieuw ontdekte twee sterrenstelsels, dat hun ultraviolette licht is verschoven naar infraroodgolflengten, wat alleen ruimtetelescoop James Webb kan detecteren. Aangezien licht tijd nodig heeft om te reizen, zien we de verre sterrenstelsels zoals ze er vroeger uitzagen.
Naast het vestigen van een nieuw afstandsrecord, is JADES-GS-z14-0 ook opmerkelijk door zijn grootte en helderheid. Uit de beelden blijkt namelijk dat de bron een omvang heeft van meer dan 1600 lichtjaar. “De grootte van het sterrenstelsel laat duidelijk zien dat het meeste licht afkomstig is van een groot aantal jonge sterren, en niet van materiaal dat in een superzwaar zwart gat in het centrum valt, wat veel kleiner zou lijken,” legt onderzoeker Daniel Eisenstein uit. Deze hoeveelheid sterrenlicht suggereert dat het sterrenstelsel enkele honderden miljoenen keren zo zwaar is als de zon. Dit roept een prangende vraag op: want hoe kan de natuur zo’n helder, massief en groot sterrenstelsel in minder dan 300 miljoen jaar vormen?
Onverwacht
De buitengewone helderheid van JADES-GS-z14-0, aangedreven door jonge sterren, maakt het tot het meest opvallende bewijs tot nu toe voor de snelle vorming van grote, massieve sterrenstelsels in het vroege universum. En dit druist in tegen de verwachtingen van astronomen. De ontdekking van verrassend heldere, vroege sterrenstelsels staat namelijk haaks op wat bestaande theorieën over de vorming van sterrenstelsels voorspellen. “Het is verbazingwekkend dat het universum zo’n sterrenstelsel kan maken in slechts 300 miljoen jaar,” aldus onderzoeksleider Stefano Carniani.
Waterstof en zuurstof
Wat daarnaast opvallend is aan het sterrenstelsel, is dat het verrassend helder is bij middel-infrarode golflengten. Dit duidt op emissie van waterstof en zelfs zuurstofatomen in het vroege universum. “Hoewel het nog zo jong is, is het sterrenstelsel al actief bezig met het produceren van de elementen die we op aarde kennen,” zegt onderzoeker Zihao Wu. Het is erg verrassend om zo vroeg in het leven van dit sterrenstelsel zuurstof aan te treffen. Dit suggereert dat meerdere generaties van zeer massieve sterren al zijn ontstaan en gestorven voordat onderzoekers het sterrenstelsel waarnamen.
Mijlpaal
De resultaten markeren een belangrijke mijlpaal in de verkenning van het vroeg universum. “Dit verbazingwekkende object laat zien dat de vorming van sterrenstelsels in het vroege universum zeer snel en intensief plaatsvindt,” concludeert mede-auteur Ben Johnson. “En James Webb zal ons helpen om meer van deze sterrenstelsels te ontdekken, mogelijk zelfs toen het universum nóg jonger was. Het biedt een fantastische kans om te onderzoeken hoe sterrenstelsels ontstaan.”
De onderzoekers kijken uit naar het vinden van nog meer bijzondere, vroege sterrenstelsels. En
gezien het relatief kleine gebied dat ze hebben bestudeerd om JADES-GS-z14-0 te vinden, gaan ze ervan uit dat er nog veel meer soortgelijke stelsels op ontdekking wachten. “De ontdekking ervan heeft belangrijke implicaties voor het aantal heldere sterrenstelsels dat we verwachten te zien in het vroege universum,” zo schrijven de onderzoekers. “Astronomen zullen waarschijnlijk veel meer heldere sterrenstelsels ontdekken, misschien zelfs nog vroeger in de tijd. We kijken ernaar uit om de buitengewone diversiteit van sterrenstelsels te ontdekken die bestonden tijdens de Kosmische Dageraad!”
