James Webb heeft zich weer eens van zijn beste kant laten zien. Sterrenkundigen konden met behulp van de ruimtetelescoop meer dan 10 miljard jaar terug in de tijd kijken. Zo vonden ze bewijs voor de aanwezigheid van ‘sterrenbalken’ in vroege sterrenstelsels. Het betekent dat deze stelsels veel minder chaotisch van structuur waren en zich sneller ontwikkelden dan tot nu toe gedacht.
Deze zogenoemde ‘star bars’ zijn te zien als langwerpige lichtgevende stroken binnenin een sterrenstelsel. Ze zijn gevuld met sterren en komen voor in schijf- of spiraalstelsels zoals onze Melkweg. Gedurende hun ontwikkeling hebben deze sterrenbalken invloed op de stervorming in een sterrenstelsel. Als gevolg daarvan worden gassen bijvoorbeeld naar het centrale gebied van het sterrenstelsel getrokken.
De aanwezigheid van de ‘star bars’ geeft wetenschappers de bevestiging dat sterrenstelsels een meer stabiele, volwassen fase zijn ingegaan. Het is erg bijzonder om al bewijs van staafvorming te vinden uit de tijd dat het heelal nog maar een paar miljard jaar oud was.
Webb overtroeft Hubble
Eerdere studies die met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop zijn uitgevoerd, waren in staat om staafvormende sterrenstelsels te detecteren tot zo’n 8 à 9 miljard jaar geleden. Maar de hogere gevoeligheid en het verbeterde golflengtebereik van de Webb-telescoop zorgen ervoor dat onderzoekers nog verder terug in de tijd kunnen inzoomen op dit fenomeen. We zien de ontwikkeling van vroege balkspiraalstelsels als het ware voor onze ogen plaatsvinden op een afstand van miljarden lichtjaren. Het gevolg is wel dat wetenschappers hun theorieën over de evolutie van sterrenstelsels en de vorming van het heelal flink moeten herzien.
Grote verrassing
“Sterrenstelsels in het vroege heelal rijpen veel sneller dan we dachten”, vertelt hoofdonderzoeker Zoe Le Conte, astronoom aan de Britse Durham University. “Dit is een grote verrassing, omdat je zou verwachten dat het heelal in dat stadium nog erg turbulent is met veel botsingen tussen sterrenstelsels en veel gas dat nog niet is omgevormd tot sterren. Dankzij de James Webb-ruimtetelescoop zien we nu echter al veel van deze balken opduiken, veel eerder in het bestaan van het heelal. Dit betekent dat sterrenstelsels zich al eerder in een rustiger stadium van hun evolutie bevonden dan we dachten. We zullen onze kijk op de vroege evolutie van sterrenstelsels dus moeten herzien.”
De onderzoekers gebruikten de Webb-telescoop om te zoeken naar staafvorming in sterrenstelsels van 8 tot 11,5 miljard jaar geleden. Het heelal zelf is 13,7 miljard jaar oud. Van de 368 waargenomen schijfstelsels zagen de onderzoekers dat bijna een op de vijf balken had – twee keer zo veel als waargenomen door Hubble.
Terug naar de tekentafel
“We hebben ontdekt dat er in het vroege heelal veel meer ‘star bars’ aanwezig waren dan eerder uit Hubble-studies bleek. Hieruit kunnen we concluderen dat de evolutie van sterrenstelsels door deze sterrenbalken al veel langer plaatsvindt dan gedacht”, aldus onderzoeker Dimitri Gadotti van Durham University. “Het feit dat er veel meer sterrenbalken zijn dan gedacht, is heel interessant. De wiskundige modellen die we hebben opgesteld over het heelal moeten nu nauwkeurig worden onderzocht om te zien of we dezelfde resultaten krijgen als de waarnemingen die we met James Webb hebben gedaan. We dachten het allemaal aardig te weten, maar nu moeten we terug naar de tekentafel.”
De grenzen van de waarneming
Hoe verder de onderzoekers terug in de tijd keken, des te minder staafvormende sterrenstelsels ze te zien kregen. Het team denkt dat dit komt omdat sterrenstelsels in een nog eerder stadium van het heelal waarschijnlijk minder strak gevormd zijn. Er is op dit moment ook geen enkele manier om kortere sterrenbalken waar te nemen. Deze zijn namelijk nog moeilijker te zien, zelfs met de gigantische power van de JWST lukt dat niet.
De onderzoekers spreken de ambitie uit om in de nabije toekomst nog meer sterrenstelsels in het vroege heelal te onderzoeken. Ze willen weten of hierin ook sterrenbalken te zien zijn. Ze hopen uiteindelijk nog verder terug in de tijd te kunnen kijken, tot 12,2 miljard jaar geleden, om de groei van de ‘star bars’ waar te nemen in de loop van de tijd, en meer te weten te komen over de mechanismen achter de groei ervan.
Wat is een balkspiraalstelsel?
Een balkspiraalstelsel is een sterrenstelsel dat net als spiraalstelsels spiraalarmen heeft, maar die komen niet vanuit het centrum, maar vanuit een ‘balk’ die het centrum doorkruist. Edwin Hubble onderscheidde ze in type SBa, SBb en SBc. Later is het SBm-type toegevoegd, voor sterrenstelsels die eerder nog als onregelmatig werden getypeerd. Magelhaense wolken vallen bijvoorbeeld onder het Sbm-type. Ze bevatten ook balkspiraalstructuren. Ook de Melkweg is waarschijnlijk een balkspiraal: een schijfstelsel als een grote ronddraaiende ‘pannenkoek’ die diverse spiraalarmen heeft.
Hoe ontstaan balkspiraalstelsels?
Hoe balkspiraalstelsels precies ontstaan, is niet helemaal duidelijk. Het lijkt er sterk op dat de balk een tijdelijke structuur is, als gevolg van een instabiliteit in het centrum van het stelsel. De lengte van de balk hangt samen met de massa in het centrum: hoe meer massa, hoe korter de balk.
