De ontdekking biedt niet alleen verbluffende beelden, maar levert ook waardevolle inzichten in de stervorming en de interacties tussen sterrenstelsels in het vroege universum.
Even terug naar 7 miljard jaar geleden. De hoogtijdagen van stervorming in het universum beginnen rond die tijd af te nemen. Hoe zou ons Melkwegstelsel er toen hebben uitgezien? Astronomen die gebruik maken van NASA’s James Webb-ruimtetelescoop hebben aanwijzingen gevonden in de vorm van een kosmisch vraagteken, het resultaat van een zeldzame uitlijning van sterrenstelsels die zich over enorme afstanden in de ruimte uitstrekt.
Stoffig rood sterrenstelsel
Hieronder is de foto te bewonderen. Op de afbeelding schittert een sterrenstelselcluster, bekend onder de ietwat ingewikkelde naam MACS-J0417.5-1154. Het kosmische vraagteken wordt gevormd door twee interagerende sterrenstelsels. Hoewel dit gebied eerder door ruimtetelescoop Hubble is waargenomen, kwam het stoffige, rode sterrenstelsel waar het kosmische vraagteken onder andere uit bestaat, pas in beeld met Webb. Dit komt omdat Hubble de kortere golflengten van licht detecteert, die vaak worden geblokkeerd door kosmisch stof. Webb daarentegen kan de langere golflengten van infraroodlicht opvangen, omdat dit licht door het stof heen kan dringen.
Vraagteken
Hierboven schittert het vraagteken in al zijn glorie. “Dit ziet er gewoon gaaf uit,” zegt astronoom Marcin Sawicki. “Beelden zoals deze zijn de reden waarom ik als jongere in de astronomie geïnteresseerd ben geraakt.”
Gravitationele lensing
Astronomen gebruikten zowel Hubble als Webb om de sterrenstelselcluster MACS-J0417.5-1154 te bestuderen, zo schrijven ze in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Deze cluster fungeert als een soort vergrootglas omdat zijn enorme massa de ruimtetijd vervormt. Hierdoor kunnen astronomen gedetailleerdere beelden krijgen van veel verder weg liggende sterrenstelsels die zich achter de cluster bevinden. Maar de gravitationele effecten die de sterrenstelsels vergroten, veroorzaken ook vervorming, waardoor ze als het ware worden uitgerekt in bogen en soms meerdere keren verschijnen. Deze optische illusies in de ruimte worden gravitationele lensing genoemd. “Er zijn slechts drie of vier bekende voorbeelden van soortgelijke gravitationele lensconfiguraties in het waarneembare universum, wat deze ontdekking bijzonder opwindend maakt,” vertelt astronoom Guillaume Desprez. “Het toont de kracht van Webb aan en suggereert dat we mogelijk meer van dit soort ontdekkingen zullen doen.”
Vergroot en vervormd
Het rode sterrenstelsel dat Webb heeft ontdekt, samen met het spiraalvormig sterrenstelsel waarmee het in interactie staat en dat eerder door Hubble was gezien, worden op een bijzondere manier vergroot en vervormd. Dit komt door een zeldzame uitlijning tussen de verre sterrenstelsels, de lens en de waarnemer. Dit verklaart de vijf beelden van het sterrenstelselpaar op de Webb-foto, waarvan vier de bovenkant van het vraagteken vormen. De stip van het vraagteken is een afzonderlijk sterrenstelsel dat toevallig op de juiste plek en in de juiste ruimtetijd ligt, gezien vanuit ons perspectief.
Stervorming
Vervolgens maakten de onderzoekers gebruik van zowel Hubble’s ultraviolet- als Webb’s infraroodgegevens om te ontdekken waar nieuwe sterren zich in de sterrenstelsels vormen. De resultaten laten zien dat stervorming wijdverspreid is in beide. Ook bevestigden de spectrale gegevens dat het nieuw ontdekte stoffige sterrenstelsel zich op dezelfde afstand bevindt als het spiraalsterrenstelsel – en dat ze waarschijnlijk beginnen te interageren. “Het is essentieel om te weten wanneer, waar en op welke manier stervorming binnen sterrenstelsels plaatsvindt om te begrijpen hoe sterrenstelsels zich door de geschiedenis van het universum hebben ontwikkeld,” aldus astronoom Vicente Estrada-Carpenter. “De twee sterrenstelsels in het kosmische vraagteken laten actieve stervorming zien in verschillende compacte regio’s, waarschijnlijk doordat het gas van de twee sterrenstelsels met elkaar in botsing komt. De vorm van de sterrenstelsels lijkt echter niet sterk verstoord, wat erop wijst dat we waarschijnlijk het begin van hun interactie aan het waarnemen zijn.”
Terug naar de beginvraag. Want wat onthult deze plaat van Webb over hoe ons Melkwegstelsel er ongeveer 7 miljard jaar geleden uitzag? “Deze sterrenstelsels, die we zien zoals ze er miljarden jaren geleden uitzagen toen stervorming op zijn hoogtepunt was, hebben een massa die vergelijkbaar is met die van ons Melkwegstelsel in die periode,” zegt Sawicki. “Webb geeft ons de mogelijkheid om te onderzoeken hoe de tienerjaren van ons eigen sterrenstelsel eruit zouden hebben gezien.”
