Astronomen hebben een opmerkelijk schijfvormig sterrenstelsel gevonden dat eigenlijk veel te groot is voor de periode waar het in bestond.
Het kolossale sterrenstelsel, dat de bijnaam “Big Wheel” heeft gekregen, bevindt zich op 11,5 miljard lichtjaar afstand. Beelden die wij ervan maken, dateren dus uit de tijd dat het heelal slechts 2 miljard jaar oud was. Het sterrenstelsel werd gespot met de ruimtetelescopen James Webb (JWST) en Hubble. De beelden tonen een spiraalstelsel met duidelijk zichtbare armen, een teken dat het stelsel op een geordende manier ronddraait. Met een diameter van minstens 30.000 lichtjaar is het ongeveer drie keer groter dan andere schijfvormige stelsels die op vergelijkbare kosmische afstanden zijn gezien. Het draait met een snelheid van zo’n 330 kilometer per seconde, vergelijkbaar met grote spiraalstelsels in het huidige universum.
Goed ontwikkelde spiraalstructuur
Wat Big Wheel extra bijzonder maakt, is zijn goed ontwikkelde spiraalstructuur, compleet met een roodachtig, compact centrum en een uitgestrekte schijf. Dit soort geordende structuren zien we normaal enkel bij hedendaagse melkwegstelsels, niet in het vroege heelal. Het sterrenstelsel is bovendien niet alleen groot in omvang, maar ook in massa. Volgens de schattingen van de onderzoekers bevat Big Wheel ongeveer 370 miljard keer de massa van onze zon aan sterren. Met behulp van de röntgentelescoop Chandra ontdekten de onderzoekers daarnaast dat Big Wheel een actief superzwaar zwart gat in zijn centrum herbergt, nog een kenmerk van een matuur sterrenstelsel.
Al deze zaken zorgen ervoor dat het bestaan van Big Wheel bestaande theorieën over sterrenstelselvorming uitdaagt. Computermodellen voorspellen dat sterrenstelsels in het vroege heelal veel kleiner zouden moeten zijn. De kans om een stelsel van deze omvang tegen te komen op dit moment in de kosmische geschiedenis is volgens de berekeningen van de onderzoekers minder dan 2 procent.
Kosmische metropool
Big Wheel bevindt zich in een uitzonderlijk dichtbevolkt gebied, waar de concentratie van sterrenstelsels meer dan tien keer hoger is dan het kosmische gemiddelde. Deze overvolle omgeving, mogelijk een proto-sterrenstelselcluster, kan een sleutelrol hebben gespeeld in de snelle groei van het stelsel. De wetenschappers denken dat een efficiënte toestroom van gas de oorzaak kan zijn van zijn grootte. Een andere mogelijkheid is dat het “niet-destructieve” samensmeltingen onderging met andere gasrijke stelsels, die de schijfstructuur juist versterkten in plaats van verstoorden.
De wetenschappers zijn nu benieuwd naar de toekomst van de Big Wheel. Aangezien het zich in een dichtbevolkt gebied bevindt, is het waarschijnlijk dat het nog meer interacties zal ondergaan met omliggende sterrenstelsels. Het onderzoeksteam vermoedt dat ‘Big Wheel’ mogelijk zal uitgroeien (of beter gezegd, lang geleden is uitgegroeid) tot een van de grootste sterrenstelsels in zijn lokale cluster.
Samenwerking tussen een groot aantal universiteiten
Het onderzoek werd uitgevoerd door een internationaal team van wetenschappers uit onder meer Italië, de VS, en Australië. Ook een Nederlands team van het onderzoeksinstituut voor sterrenkunde van de Rijksuniversiteit Groningen was bij de studie betrokken. De onderzoekers combineerden gegevens van ruimte- en grondtelescopen: de JWST leverde bijvoorbeeld de scherpe infraroodbeelden van de schijf, terwijl de ALMA-radiotelescoop in Chili het roterende gas in kaart bracht. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het vakblad Nature Astronomy.
James Webb blijft verbazen
De ruimtetelescoop James Webb heeft sinds zijn lancering eind 2021 ons beeld van het vroege heelal drastisch veranderd. In drie jaar tijd heeft hij niet alleen de oudste sterrenstelsels ooit waargenomen, maar ook onverwachte ontdekkingen gedaan, zoals blauwe, stofvrije sterrenstelsels waar volgens theorieën juist stof aanwezig zou moeten zijn. Daarnaast vond hij sterrenstelsels met ongebruikelijke hoeveelheden stikstof en compacte rode lichtbronnen die wijzen op supermassieve zwarte gaten, maar zonder de bijbehorende röntgenstraling. James Webb onthult zo dat veel processen in het vroege universum nog niet goed begrepen worden en stelt bestaande modellen op de proef.
