Nog niet eerder zijn zulke vroege sterrenstelsels waargenomen!

Ruimtetelescoop James Webb is specifiek ontworpen voor een aantal doeleinden. Eén daarvan is nader onderzoek doen naar vroege sterrenstelsels en zo meer inzicht krijgen in hun ontstaan en de evolutie van het universum. En nieuwe data tonen nu aan dat James Webb tegen die taak is opgewassen. Wetenschappers kunnen aan de hand van die data namelijk bevestigen dat James Webb reeds een aantal zeer vroege sterrenstelsels heeft gespot! Het licht van deze sterrenstelsels heeft er meer dan 13,4 miljard jaar over gedaan om James Webb te bereiken. En sommige van deze sterrenstelsels bevolkten het universum toen het nog maar iets meer dan 300 miljoen jaar oud was!

Bevestiging
Dat Webb zulke vroege sterrenstelsels kon spotten, werd gehoopt. Én verwacht; eerdere data hintten er al voorzichtig op dat James Webb stelsels uit de babyjaren van het universum had gespot. Maar dat konden astronomen tot voor kort niet bevestigen. Spectroscopische observaties brengen daar nu verandering in.

Opwindende mijlpaal
“Het was cruciaal dat we konden bewijzen dat deze sterrenstelsels inderdaad het jonge universum bevolkten,” legt onderzoeker Emma Curtis-Lake uit. “Het is namelijk heel goed mogelijk dat sterrenstelsels die dichter bij staan zich voordoen als sterrenstelsels die heel ver weg staan (en dus uit een veel vroegere periode in de geschiedenis van ons universum lijken te komen dan in werkelijkheid het geval is, red.). Het spectrum onthulde echter – zoals we al gehoopt hadden – dat deze sterrenstelsels zich echt aan de rand van het zichtbare heelal te vinden zijn en dat sommigen zelfs verder weg staan dan Hubble kan kijken. Het is een ontzettend opwindende mijlpaal voor deze missie.”

Om de afstand – en daarmee ook de periode waaruit de sterrenstelsels stammen – te kunnen bevestigen, lieten de onderzoekers zich dus leiden door spectroscopische data. Ze pluisden het licht van de sterrenstelsels – dat dus miljarden jaren onderweg is geweest – uit en konden zo bevestigen dat er sprake is van een enorme roodverschuiving. Zo’n roodverschuiving ontstaat wanneer licht van een ver object terwijl het van dat object naar de waarnemer (in dit geval James Webb) reist, door de uitdijing van het heelal wordt uitgerekt. Dat zorgt ervoor dat het spectrum van het uitgezonden licht verschuift naar langere golflengten, die door het mensenoog gezien roder lijken. Dus hoe groter de afstand tussen ons en een sterrenstelsel is, hoe roder het lijkt. De sterrenstelsels die James Webb nu heeft waargenomen, staan zo ver weg dat de roodverschuiving ervoor zorgt dat hun licht zo rood (infrarood) is geworden dat het menselijk oog het niet eens meer kan waarnemen. Gelukkig is daar James Webb: uitgerust met de Near Infrared Camera én de Near Infrared Spectrograph en daarmee geknipt voor het spotten én uitpluizen van infrarood licht.

Heel vroeg
En data van die twee instrumenten bevestigen nu dus dat James Webb zeer vroege sterrenstelsels heeft gespot. Vier daarvan springen er met name uit. Ze vinden hun oorsprong namelijk veel eerder dan elk ander (vroeg) sterrenstelsel dat tot op heden door andere telescopen (zoals Hubble) is waargenomen. Ze zijn binnen 400 miljoen jaar na de oerknal ontstaan en zeker twee ervan zouden het universum al bevolkt hebben toen het nog maar 330 miljoen jaar oud was.

Waardevolle observaties
Met de observaties van zulke vroege sterrenstelsels begeven astronomen zich op onontgonnen terrein; nog nooit zijn zulke vroege sterrenstelsels gespot. En dankzij de superkrachtige James Webb kunnen onderzoekers deze sterrenstelsels nu nader gaan verkennen en deze – en daarmee ook hun veel latere opvolgers – beter gaan begrijpen. “Het is lastig om sterrenstelsels te begrijpen als je hun oorspronkelijke ontwikkeling niet doorgrondt,” legt onderzoeker Sandro Tacchella uit. “Net als bij mensen geldt dat veel van wat er later gebeurt, afhankelijk is van de invloed van deze vroege generaties sterren.” Om het ontstaan en de evolutie van sterrenstelsels van nu – waaronder ook de Melkweg waar ons zonnestelsel weer deel van uitmaakt – ten volle te begrijpen, moeten we dan ook nagaan hoe de eerste sterrenstelsels ontstonden en zich ontwikkelden. Tot voor kort werd daartoe een beroep gedaan op ruimtetelescoop Hubble, maar die kon niet veel verder terugkijken dan zo’n 400 miljoen jaar na de oerknal. James Webb bewijst nu nog een stap verder te kunnen gaan en ook sterrenstelsels te kunnen zien die tientallen miljoenen jaren daarvoor al in het universum te vinden waren.

En dat is nog maar het begin, zo onderstreept onderzoeker Alex Cameron. “Deze sterrenstelsels vinden, is stap één. Maar naarmate de missie vordert, zullen we ons begrip van de eigenschappen van deze vroege sterrenstelsel ook gaan vergroten. Dit is dan ook een opwindende eerste stap in een veel langer proces.”

In afwachting van nieuwe inzichten omtrent de eigenschappen van die vroege sterrenstelsels kunnen onderzoekers op basis van de voorlopige waarnemingen van James Webb al wel één fascinerende conclusie trekken, zo stelt onderzoeker Andrew Bunker. “Onze observaties suggereren dat de formatie van de eerste sterren en sterrenstelsels al heel vroeg in de geschiedenis van het universum van start ging.”