Onderzoekers hebben zes gigantische sterrenstelsels in het vroege heelal gevonden. En dat tart de huidige ideeën over de oorsprong van sterrenstelsels en ons begrip van het universum.
Astronomen hebben het schijnbaar onmogelijke ontdekt. Met behulp van de krachtige James Webb-telescoop hebben ze in het begin der tijden enorme sterrenstelsels waargenomen. En dat is gek. De sterrenstelsels zijn namelijk zo vroeg in het universum al zo massief, dat ze volgens de huidige kosmologische theorieën niet zouden moeten bestaan. “We hebben nog nooit sterrenstelsels van deze kolossale omvang zo vroeg na de oerknal waargenomen,” aldus hoofdonderzoeker Ivo Labbé.
James Webb
James Webb werd in december 2021 gelanceerd en is de krachtigste telescoop die ooit de ruimte in is gestuurd. De telescoop is uitgerust met infraroodgevoelige instrumenten die in staat zijn om licht te detecteren dat werd uitgezonden door de oudste sterren en sterrenstelsels. Sinds de telescoop in juli 2022 in bedrijf is genomen, heeft ie al behoorlijk wat prachtige plaatjes afgeleverd. In de huidige studie bogen de onderzoekers zich opnieuw over enkele van de eerste beelden die James Webb vervaardigde. Onderzoeker Erica Nelson tuurde naar een deel van een afbeelding ter grootte van een postzegel toen ze iets vreemds zag: een paar opvallende heldere ‘stippen’. “Ze waren heel rood en helder,” herinnert Nelson zich. “We hadden dit niet verwacht te zien.”
Wanneer een object zich op grote afstand van ons vandaan beweegt, verschuift het spectrum van uitgezonden licht (of andere elektromagnetische straling) bij ontvangst naar ‘rood’, oftewel in de richting van de langere golflengtes. Dit wordt roodverschuiving genoemd. Door te kijken naar de kleur van het licht kunnen onderzoekers dan ook een schatting maken van hoe snel het object van ons vandaan beweegt en hoe snel het universum uitdijt. Bewegen objecten juist naar de aarde toe? Dan verschuift het licht in de richting van de korte golflengtes en oogt het object blauwer. Dit wordt dan ook blauwverschuiving genoemd.
De onderzoekers namen de stippen nader onder de loep. En toen bleek dat de nieuw ontdekte sterrenstelsels niet alleen heel oud zijn, maar ook enorm, bestaande uit tientallen tot honderden miljarden sterren ter grootte van de zon – vergelijkbaar met onze eigen Melkweg.
Nieuwe sterren
Concreet gaat het om zes sterrenstelsels die zo’n 500 tot 700 miljoen jaar na de oerknal – of zo’n 13 miljard jaar geleden – bestonden. Onderzoekers hadden verwacht op dat moment alleen nog kleine, jonge babystelsels te vinden. Maar in plaats daarvan vonden ze sterrenstelsels die er net zo volwassen uitzien als ons eigen stelsel. En dat in ‘de dageraad’ van het universum. “Het is echt heel vreemd,” zegt Nelson. “We hadden niet verwacht dat het piepjonge heelal zich zo snel kon organiseren. Deze sterrenstelsels hebben bijna geen tijd gehad om zich te vormen. Onze Melkweg vormt elk jaar ongeveer één tot twee nieuwe sterren. Maar sommige van de nieuw ontdekte sterrenstelsels zouden gedurende de hele geschiedenis van het universum jaarlijks honderden nieuwe sterren moeten hebben gebaard.”
Herzien
De ontdekking zet dan ook dat wat we dachten te weten over de vorming van sterrenstelsels en het vroege heelal op zo’n kop. Men vermoedde namelijk dat sterrenstelsels beginnen als kleine ‘wolkjes’ die in de loop van de tijd geleidelijk aan groter groeien. Maar de nieuwe ontdekking tart ons begrip van het universum. Om zo’n grote hoeveelheid massa te verklaren, zouden ofwel onze huidige modellen over de kosmologie moeten worden aangepast of het wetenschappelijke begrip van de vorming van sterrenstelsels in het vroege universum moeten worden herzien. Beide scenario’s vereisen een fundamentele verschuiving in ons begrip van het heelal.
Er worden momenteel vervolgmetingen uitgevoerd, enerzijds om te bevestigen dat de opgemerkte stippen daadwerkelijk sterrenstelsels zijn en anderzijds om alternatieve verklaringen uit te sluiten. Hoewel de gegevens suggereren dat het waarschijnlijk om sterrenstelsels gaat, doen meer theorieën de ronde.
Superzware zwarte gaten
Een alternatief, even fascinerend, is dat sommige objecten behoren tot een nieuwe klasse van opkomende superzware zwarte gaten, die nog nooit eerder zijn gezien. “Hoe het ook zij, de hoeveelheid massa die we hebben ontdekt betekent dat de totale massa van sterren gedurende de dageraad van het universum zo’n 100 keer groter is dan we eerder dachten,” zegt onderzoeker Joel Leja. “Dus zelfs als we het monster in tweeën snijden is dit nog steeds een verbazingwekkende vondst.”
Spectrum
Een manier om de bevindingen te testen, is om een spectrumopname van de massieve sterrenstelsels te maken. Dit levert gegevens op over de werkelijke afstanden en zal ook de gassen en andere elementen onthullen waaruit de sterrenstelsels bestaan. Het team kan deze informatie vervolgens gebruiken om een duidelijker beeld te schetsen van hoe de sterrenstelsels eruitzien en hoe massief ze werkelijk zijn. “Een spectrum zal ons veel vertellen,” onderstreept Leja. “Het zal ons laten zien hoe groot en hoe ver weg de sterrenstelsels daadwerkelijk zijn.”
Al met al bewijst James Webb wederom zijn waarde, die dankzij zijn hoge resolutie objecten kan bekijken die te oud, te ver weg of te zwak zijn voor andere telescopen. “De ruimtetelescoop is een revolutie in de astronomie, waardoor we heel ver terug in de tijd kunnen kijken,” zegt Labbé. “De nieuwe ontdekking is misschien wel het begin van een transformatie in de manier waarop we de wereld om ons heen begrijpen.”
