Op een afstand van bijna 33 miljard lichtjaar van de aarde heeft de krachtige James Webb-telescoop enkele van de verste en oudste sterrenstelsels ooit ontdekt. En ze blijken – heel verrassend – veel groter dan andere sterrenstelsels die eerder op dergelijke extreem grote afstand zijn aangetroffen.
Dat schrijven onderzoekers in het blad The Astrophysical Journal Letters. Voor de studie maakten ze gebruik van observaties van de James Webb-telescoop, die onder meer ontworpen is om de eerste – en dus ook de verste – sterrenstelsels in het universum te observeren. “Er is heel weinig bekend over het vroege universum,” stelt onderzoeker Bingjie Wang. “En de enige manier om meer over die periode te weten te komen en onze theorieën omtrent de vorming van de eerste sterrenstelsels te testen, is door naar deze verre sterrenstelsels te kijken. Voorafgaand aan ons onderzoek kenden we slechts drie sterrenstelsels die op zo’n extreme afstand stonden.” En nu kunnen onderzoekers daar twee exemplaren aan toevoegen. De ene gaat voor nu de boeken in als het op één na verste sterrenstelsel dat ooit is waargenomen. De andere moet drie verder weg gelegen sterrenstelsels voor zich dulden.
13,4 miljard jaar onderweg
Omdat het licht van deze sterrenstelsels er miljarden jaren over gedaan heeft om James Webb te bereiken, ziet de telescoop deze nu zoals ze er 330 miljoen jaar na de oerknal, oftewel 13,4 miljard jaar geleden, uitzagen. “Het licht van deze sterrenstelsels is oud, ongeveer drie keer ouder dan de aarde,” legt onderzoeker Joel Leja uit.
33 miljard lichtjaar afstand
Misschien zou je verwachten dat de sterrenstelsels zich dan nu op zo’n 13,4 miljard lichtjaar (een lichtjaar is de afstand die licht in een jaar tijd aflegt) bevinden, maar dat is niet het geval. Door de uitdijing van het heelal bevinden ze zich nu op zo’n 33 miljard lichtjaar afstand, zo leggen de onderzoekers uit.
Grote sterrenstelsels
Natuurlijk is het altijd bijzonder om zulke verre sterrenstelsels te zien. Maar wat deze twee extra bijzonder maakt, is dat ze vrij groot zijn. Eén ervan zou zelfs zeker zes keer groter zijn dan de drie sterrenstelsels die eerder op een vergelijkbaar grote afstand van de aarde zijn ontdekt. Het sterrenstelsel in kwestie zou zo’n 2000 lichtjaar breed zijn. Daarmee is het veel kleiner dan onze Melkweg – dat zo’n 100.000 lichtjaar meet – maar wel opvallend groot voor de tijd waarin het ontstaan is. Aangenomen wordt namelijk dat het jonge universum veel sterker gecomprimeerd was en sterrenstelsels daardoor niet zo groot konden worden.
Verschillen
Maar de twee sterrenstelsels die onderzoekers nu dus hebben ontdekt, zijn behoorlijk uit de kluiten gewassen. Dat zien we ook terug op de opnamen van James Webb. Waar de drie sterrenstelsels die eerder op zo’n grote afstand van de aarde zijn ontdekt slechts rode puntjes op de opnamen van James Webb vormden, ligt dat voor deze twee sterrenstelsels namelijk heel anders. Het op één na verste sterrenstelsel ooit (ook wel aangeduid als UNCOVER Z-13) lijkt op de opnames nog het meest op een soort pluizige bal. En het op drie na verste sterrenstelsel (UNCOVER Z-12) heeft qua vorm veel weg van een pinda. “Het is onduidelijk of het verschil in omvang te maken heeft met de wijze waarop de sterren gevormd zijn of met wat er nadat ze tot stand kwamen met ze gebeurd is,” stelt Wang. “Maar de diversiteit aan eigenschappen binnen deze sterrenstelsels is verrassend. We verwachten namelijk dat deze vroege sterrenstelsels uit vergelijkbare materialen zijn ontstaan, en toch zijn ze allemaal al heel verschillend.”
De twee grote sterrenstelsels zijn ontdekt in een stukje van het heelal dat ook wel aangeduid wordt als Pandora’s Cluster of Abell 2744. Wat Pandora’s Cluster zo interessant maakt voor onderzoek naar vroege sterrenstelsels is dat het zich achter verschillende clusters van sterrenstelsels bevindt. En die clusters doen dienst als zwaartekrachtlens: met hun zwaartekracht verbuigen en versterken ze het licht van veel verder weg gelegen objecten. En zo helpen de clusters om zelfs sterrenstelsels die miljarden lichtjaren van ons verwijderd zijn, zichtbaar te maken. “Die enorme ‘lens’ in de ruimte laat ons heel diep in het universum kijken, maar wel slechts naar een heel klein stukje van het heelal,” legt Leja uit. En dan moet je dus maar net geluk hebben dat je daarin op heel verre – en dus oude – sterrenstelsels stuit. “Maar wij hadden geluk en ontdekten twee oude sterrenstelsels. Het is ongelofelijk.”
Een analyse van het licht dat de twee stokoude en grotere sterrenstelsels afgeven, onthult dat ze snel groeiden, heel actief sterren vormden en arm waren aan zwaardere elementen (zoals metalen). Dat ze geen zware elementen herbergen, past keurig in de lijn der verwachtingen. Zware elementen ontstaan namelijk in de kernen van sterren en kwamen voor het eerst vrij toen de eerste sterren stierven. “Het is logisch dat deze vroege sterrenstelsels geen zware elementen, zoals metalen, bezaten, omdat het de allereerste fabrieken waren waarin deze zware elementen gebouwd konden worden,” legt Leja uit.
Nu er steeds meer verre en dus oude sterrenstelsels ontdekt worden, kun je je natuurlijk afvragen of we inmiddels ook echt de allereerste sterrenstelsels al in het vizier hebben of dat er nóg oudere sterrenstelsels op ontdekking wachten. De onderzoekers verwachten dat het, met een beetje hulp van zwaartekrachtlenzen en de krachtige infrarood instrumenten aan boord van James Webb, zeker mogelijk moet zijn om nog verder weg gelegen sterrenstelsels te ontdekken. Grote vraag blijft echter of die wel bestaan. Dat weten we pas als we ze vinden. Astronomen zullen de komende tijd dan ook gewoon door blijven zoeken.
