En daarmee dwingt de machtige telescoop astronomen om hun ideeën omtrent de evolutie van sterrenstelsels enigszins te herzien.

Dat is binnenkort te lezen in het blad The Astrophysical Journal Letters. In het blad beschrijven astronomen de opnamen van twee sterrenstelsels die zo’n elf miljard jaar geleden het jonge universum bevolkten. En in beide sterrenstelsels heeft James Webb een duidelijke ‘balk’ kunnen ontwaren (zie kader).

Een sterrenstelsel is een enorme verzameling sterren die door hun eigen zwaartekracht bijeengehouden worden. Maar niet alle sterrenstelsels zien er hetzelfde uit; ze zijn er in verschillende ‘soorten’. Zo zijn er bijvoorbeeld spiraalstelsels, waarbij met sterren gevulde armen een bolvormige verdikking (ook wel ‘de bulge’ genoemd) ‘omarmen’, zodat een spiraalstructuur ontstaat. Een andere variant is het balkspiraalstelsel. Ook hierbij is sprake van met sterren gevulde armen die een spiraalstructuur vormen, alleen bestaat het hart van het sterrenstelsel niet uit een bolvormige verdikking, maar lijken de armen te ontspringen aan een balk die dwars door het hart van het sterrenstelsel loopt. Ook onze eigen Melkweg kan waarschijnlijk tot de balkspiraalstelsels worden gerekend.

EGS-23205
En nu zijn er dus ook in het jonge universum twee balkspiraalstelsels ontdekt. Eén daarvan is EGS-23205. Het stelsel werd eerder al door Hubble waargenomen, maar op beelden gemaakt door deze telescoop was het sterrenstelsel niet veel meer dan een wazig vlekje. Heel anders is dat op de nieuwe beelden die James Webb van EGS-23205 heeft gemaakt. Daarop zien we namelijk heel duidelijk een spiraalstelsel met in het hart een balk!

EGS-24268
En met behulp van James Webb lukte het de onderzoekers zelfs een tweede balkspiraalstelsel in het jonge universum te ontwaren: EGS-24268. Dit stelsel was – net als EGS-23205 – zo’n elf miljard jaar geleden reeds in het universum te vinden. Nog niet eerder hebben onderzoekers balkspiraalstelsels ontdekt die al zo vroeg het universum bevolkten. En in aanvulling op deze twee stokoude balkspiraalstelsels beschrijven de onderzoekers in hun studie nog eens vier andere balkspiraalstelsels die meer dan 8 miljard jaar geleden het universum bevolkten.

Links zie je wat Hubble zag toen deze naar EGS-23205 keek. Rechts de nieuwe opname van James Webb. De laatstgenoemde telescoop ziet duidelijk veel meer details. Dat heeft twee redenen. Allereerst beschikt James Webb over een veel grotere spiegel, waardoor deze meer licht kan verzamelen en beelden met een hogere resolutie kan afleveren. Ten tweede kan James Webb – doordat deze op langere (infrarode) golflengtes kan waarnemen – ook beter dwars door stof heen ‘kijken’. Afbeelding: NASA / CEERS / University of Texas at Austin.

Nieuw bos
Met James Webb zijn onderzoekers voor het eerst in staat om balkspiraalstelsels in het jonge universum te identificeren en bestuderen. “Dus alles is nieuw,” merkt onderzoeker Yuchen Guo op. “Het is alsof je een bos in wandelt waar nog nooit iemand is geweest.”

De zes balkspiraalstelsels die onderzoekers in het jonge universum hebben gespot. Afbeelding: NASA / CEERS / University of Texas at Austin.

Onontgonnen terrein dus. En dat is altijd spannend, omdat je niet weet wat je tegen gaat komen. Natuurlijk hebben onderzoekers wel ideeën ontwikkeld over hoe dat jonge universum eruit moet hebben gezien. En sommige van die ideeën hebben ze door waarnemingen van Hubble al kunnen toetsen. Maar met James Webb kunnen ze niet alleen nog verder terug kijken, maar ook veel meer details zien. Zoals bijvoorbeeld dus de balken in het centrum van sterrenstelsels die het piepjonge universum bevolkten. De ontdekking dat er al zo vroeg in het geschiedenis van het universum balkspiraalstelsels bestonden, vereist dat onderzoekers sommige ideeën die ze over dat jonge universum hadden, herzien of bijschaven.

Stervorming
Zo spelen balken een heel belangrijke rol in de evolutie van sterrenstelsels, doordat ze de stervorming een boost geven. “Een balk transporteert gas naar centrale gebieden waar dat gas snel word omgezet in nieuwe sterren,” legt onderzoeker Shardha Jogee uit. “Hierdoor worden op die plek wel tien tot 100 keer sneller sterren gevormd dan elders in het sterrenstelsel (…) De ontdekking van balken in zulke vroege tijden betekent dat modellen die de evolutie van sterrenstelsels beschrijven nu een nieuwe manier hebben om – namelijk via die balken – de productie van nieuwe sterren in een vroeg tijdperk op te voeren.” Daarnaast kunnen balken ook hun stempel drukken op de groei van supermassieve zwarte gaten in het hart van sterrenstelsels, doordat ze ook daar gas naartoe transporteren.

De onderzoekers benadrukken in hun studie dat de acht vroege balkspiraalstelsels slechts voorbeelden van balkspiraalstelsels in het jonge universum zijn en niet alle balkspiraalstelsels in dat jonge universum vertegenwoordigen. Toekomstig onderzoek moet uitwijzen hoeveel van die balkspiraalstelsels het jonge universum bevolkten en welke impact dat had op de snelheid waarmee sterren in dat jonge universum het levenslicht zagen.