De Hubble-ruimtetelescoop heeft ultraviolet licht opgevangen van een sterrenstelsel dat het omringende gas doorzichtig maakte, slechts 1,4 miljard jaar na de oerknal. Deze ontdekking werpt nieuw licht op de vroege reïonisatieperiode van het heelal.
Astronomen hebben met behulp van de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop een buitengewone ontdekking gedaan in het vroege heelal. Ze hebben ultraviolet licht opgevangen van een sterrenstelsel dat bestond toen het universum nog in zijn kosmische kinderschoenen stond, slechts 1,4 miljard jaar na de oerknal. De vondst is bijzonder omdat dit licht, afkomstig van jonge, massieve sterren, de ‘mist’ van neutrale waterstof om het sterrenstelsel heen heeft opgeruimd en het gas daardoor doorzichtig heeft gemaakt. Dit biedt wetenschappers een cruciale aanwijzing over hoe het heelal tijdens de zogeheten reïonisatieperiode veranderde van een ondoorzichtige mist in de heldere kosmos zoals we die nu kennen.
Een onverwachte doorbraak
Het sterrenstelsel, gecatalogiseerd als MXDFz4.4, was een ware pionier. Het is nu officieel de hoogst-roodverschuivende Lyman-continuüm emitter (LyC) die ooit is gedetecteerd, zoals beschreven in een nieuwe studie in The Astrophysical Journal. Tot nu toe gingen astronomen ervan uit dat de dichte ‘mist’ van neutraal waterstof in het vroege heelal te dik zou zijn om het ioniserende licht van dergelijke sterrenstelsels te kunnen waarnemen. “Een sterrenstelsel als dit observeren werd onmogelijk geacht,” verklaart hoofdonderzoeker Ilias Goovaerts van het Space Telescope Science Institute (STScI). “Hubble heeft niet alleen dat licht opgespoord, maar ook nog eens diverse eigenschappen van het stelsel onthuld.” De bevindingen tonen aan dat de jonge sterren in dit kleine sterrenstelsel de sleutel zijn geweest tot het doorzichtig maken van hun directe omgeving.
Jonge sterren in een krappe ruimte
De kracht van MXDFz4.4 zit hem in de samenstelling. Het sterrenstelsel is ongeveer honderd keer kleiner in doorsnede dan onze eigen Melkweg, maar vormt er wel tien keer sneller sterren in. Deze extreem hoge stervormingssnelheid heeft geleid tot het ontstaan van een groot aantal jonge, extreem hete en massieve sterren, die allemaal dicht op elkaar zijn gepakt. Het zijn deze sterren die de enorme hoeveelheid energie leveren. Uit de nieuwe analyse blijkt dat maar liefst 50 tot 100 procent van het ioniserende licht van de jonge sterren weet te ontsnappen aan het omringende, verhullende gas. Het feit dat deze sterren maar enkele miljoenen jaren bestaan en vaak exploderen als supernova, helpt daarbij: deze explosies blazen reusachtige gaten in het gas, waardoor nóg meer licht kan ontsnappen. En ons bereiken kon, 12,37 miljard jaar later.
Wil je niets van Scientias missen? Volg Scientias op Google Discover dan zie je al onze verhalen!
Het krachtenspel van Hubble, Webb en de VLT
Deze conclusie is niet door één enkele telescoop getrokken. MXDFz4.4 is een schoolvoorbeeld van de meerwaarde van samenwerking tussen verschillende observatoria. Data van de James Webb-ruimtetelescoop in het nabij-infrarood werden gebruikt om de massa van het stelsel te bepalen en zijn stervorming te analyseren. Daarnaast mat de Very Large Telescope (VLT) van de ESO in Chili de precieze afstand, waarmee het tijdstip van emissie op 1,4 miljard jaar na de oerknal kon worden vastgesteld. Deze combinatie is essentieel gebleken. “De inzichten in MXDFz4.4 waren mogelijk dankzij de krachtige combinatie van Hubble, Webb en de VLT,” aldus co-auteur Alexander Beckett. De samenwerking maakte het mogelijk om dit ene, unieke sterrenstelsel tot in detail te doorgronden.
Kosmische toevalstreffers in het vroege heelal
Een belangrijke nuance die uit de wetenschappelijke analyse naar voren komt, is de rol van een recente, gewelddadige uitbarsting van stervorming. De onderzoekers concluderen dat deze ‘starburst’ de drijvende kracht is achter de hoge lichtemissies van MXDFz4.4. Het lijkt erop dat de feedback van deze jonge, massieve sterren – in de vorm van winden en uiteindelijk supernova’s – het omringende waterstof effectief heeft weggeblazen, waardoor er heldere kanalen zijn ontstaan. Deze bevinding suggereert dat een grillige, ofwel onregelmatige, stervorming in het vroege heelal een veel grotere rol heeft gespeeld in het reïonisatieproces dan eerder werd gedacht.
Het mysterie van de reïonisatie ontrafeld
Het bestuderen van de reïonisatieperiode is een decennia oude onderneming. Eerdere ontdekkingen, zoals die in 2023 met Webb, toonden al aan dat sterrenstelsels in staat waren om het gas rondom hen te verwarmen en te ioniseren. De waarneming van MXDFz4.4 is echter een doorbraak, omdat het laat zien hoe dit proces op het niveau van een individueel sterrenstelsel plaatsvond. Het is de eerste keer dat astronomen een dergelijke ‘galactische pionier’ hebben gevonden die zo dicht tegen het einde van dit cruciale tijdperk aan zit. Co-auteur Marc Rafelski benadrukt het belang: “De waarnemingen van Hubble aan MXDFz4.4 stellen ons in staat om onze hypothesen veel dichter bij de reïonisatieperiode te testen dan ooit tevoren.”
Einde van het tijdperk in zicht
De ontdekking van MXDFz4.4 is niet alleen een mijlpaal, maar ook een voorbode van wat komen gaat. Het is zeer aannemelijk dat er nog meer van dit soort sterrenstelsels ontdekt zullen worden. Juist die grotere steekproef is nodig om het proces van reïonisatie in al zijn facetten te begrijpen. Het sterrenstelsel vormt een tastbaar bewijs dat de transitie van een donker, mistig heelal naar het heldere, transparante universum dat we nu kennen, een geleidelijk en complex proces was. En met deze nieuwe aanwijzing zijn astronomen een belangrijke stap dichterbij gekomen om dat proces tot in detail te kunnen reconstrueren.
