Met behulp van ruimtetelescoop James Webb hebben onderzoekers het verst bekende balkspiraalstelsel ontdekt. Een onverwachte vondst, die betekent dat we bestaande ideeën en theorieën over hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren, moeten herzien.
Onze Melkweg is een zogenoemd balkspiraalstelsel. Het heeft een langwerpige balkachtige structuur die door het centrum van het schijfvormige spiraalstelsel loopt. Rond deze balk wikkelen spiraalarmen zich uit, waarin zich sterren bevinden. Tot voor kort dacht men dat balkspiraalstelsels zoals de Melkweg niet bestonden totdat het universum ongeveer de helft van zijn huidige leeftijd van 13,8 miljard jaar had bereikt. Maar een nieuwe ontdekking beschreven in het prestigieuze tijdschrift Nature, zet die veronderstelling nu op losse schroeven.
Ceers-2112
Astronomen staarden naar de nachtelijke hemel met behulp van de krachtige James Webb telescoop. En dat leverde een onverwachte ontdekking op. Zo troffen ze het verste spiraalvormige sterrenstelsel mét een centrale balk aan dat tot nu toe is waargenomen. En dat is buitengewoon. Het betekent dat dit sterrenstelsel er voor zijn leeftijd verrassend ‘ontwikkeld’ uitzag. Volgens de onderzoekers lijkt het nieuw ontdekte stelsel wel het zusje van onze Melkweg te zijn. “Het sterrenstelsel in kwestie, ceers-2112, is kort na de oerknal ontstaan,” vertelt medeauteur Alexander de la Vega. “ De ontdekking van dit sterrenstelsel suggereert dat in het vroege universum sterrenstelsels net zo georganiseerd konden zijn als onze Melkweg. Dit is verrassend, omdat sterrenstelsels in die vroege periode veel chaotischer waren. Bovendien hadden ze maar weinig structuren die vergelijkbaar waren met die van de Melkweg.”
Balk
Het meest opmerkelijke is wel dat ceers-2112 over een centrale balk beschikt. “Een galactische balk is een structuur, opgebouwd uit sterren, binnenin een sterrenstelsel,” legt De la Vega uit. “Deze balken vertonen gelijkenissen met exemplaren die we in het dagelijks leven tegenkomen, zoals bijvoorbeeld een mueslireep.” Hoewel het mogelijk is om balken te vinden in sterrenstelsels die geen spiraalstructuur hebben, zijn ze erg zeldzaam. “Meestal worden balken aangetroffen in spiraalvormige sterrenstelsels,” merkt De la Vega op.
Rotatie
Hoe galactische balken in spiraalvormige sterrenstelsels eigenlijk ontstaan? Over het algemeen wordt aangenomen dat balken worden gevormd in stelsels waar de sterren op geordende wijze roteren, zoals in onze Melkweg gebeurt. “In dergelijke sterrenstelsels kunnen balken vanzelf ontstaan door instabiliteit in de spiraalstructuur, of door de zwaartekrachteffecten van naburige sterrenstelsels,” licht De la Vega toe. “Zoals gezegd weten we dat in het verre verleden, toen het universum nog erg jong was, sterrenstelsels instabiel en chaotisch waren. Men veronderstelde dan ook dat balken in het piepjonge universum niet konden ontstaan – of in ieder geval niet langdurig konden blijven bestaan.”
Georganiseerd
Het vinden van deze ‘tweede Melkweg’ in het jonge universum, is dan ook heel bijzonder. De ontdekking van dit verre sterrenstelsel suggereert dat sommige processen in het vroege universum anders verliepen dan we eerder dachten, wat invloed heeft op onze algemeen begrip van hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren. Astronomen geloofden bijvoorbeeld dat het enkele miljarden jaren kostte voordat sterrenstelsels voldoende georganiseerd waren om balken te vormen. Maar ceers-2112 bewijst dat dit blijkbaar kan gebeuren in slechts een fractie van die tijd, in ongeveer één miljard jaar of minder. “De aanwezigheid van een balk in ceers-2112 suggereert dat sterrenstelsels mogelijk sneller volwassen werden en zich over een korter tijdsbestek organiseerden dan voorheen werd aangenomen,” aldus De la Vega. “Dit impliceert dat bepaalde aspecten van onze theorieën over hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren, moeten worden herzien.”
Theoretische modellen herzien
De ontdekking van ceers-2112 zal op z’n minst twee belangrijke veranderingen in de astronomie teweegbrengen. “In de eerste plaats moeten de theoretische modellen die de vorming en evolutie van sterrenstelsels beschrijven, nu rekening houden met de mogelijkheid dat bepaalde sterrenstelsels al heel vroeg in de geschiedenis van het universum stabiel genoeg waren om balken te ontwikkelen,” benadrukt De la Vega. “Deze theoretische modellen zouden wellicht moeten herzien hoeveel donkere materie betrokken is bij het vormen van sterrenstelsels in het vroege universum, omdat donkere materie verondersteld wordt invloed te hebben op de snelheid waarmee balken ontstaan. Ten tweede laat de ontdekking van ceers-2112 zien dat structuren zoals balken in het piepjonge universum kunnen worden gedetecteerd. Dit is van belang omdat sterrenstelsels in het verre verleden kleiner waren dan ze tegenwoordig zijn, wat het doorgaans lastiger maakt om balken op te sporen. De ontdekking van ceers-2112 opent daarmee de weg voor het vinden van meer balken in het jonge universum.”
Wat De la Vega het meest verraste aan de ontdekking van ceers-2112, was hoe nauwkeurig en gedetailleerd de eigenschappen van de balk konden worden bepaald. “Ik dacht dat het opsporen en schatten van de eigenschappen van balken in sterrenstelsels zoals ceers-2112 waarschijnlijk gepaard zou gaan met aanzienlijke meetonzekerheden,” stelt de onderzoeker. “Maar dankzij de kracht van ruimtetelescoop James Webb en de deskundigheid van ons onderzoeksteam, waren we in staat om de grootte en de vorm van de balk heel nauwkeurig in kaart te brengen.” En daarmee heeft Webb zijn waarde wederom onomstotelijk aangetoond.
