Ruimtetelescoop James Webb ontdekt ‘vreemd’ sterrenstelsel dat inzicht verschaft in de jonge jaren van het universum

Ruimtetelescoop James Webb ontdekt ‘vreemd’ sterrenstelsel dat inzicht verschaft in de jonge jaren van het universum© Scientias.nl

In dit bijzondere sterrenstelsel schijnt het gas helderder dan de sterren. En dat kan zomaar eens de ontbrekende schakel zijn tussen de allereerste sterren in het universum en de bekende sterrenstelsels van vandaag.

Onderzoekers hebben met behulp van ruimtetelescoop James Webb een opmerkelijke ontdekking gedaan. Zo zijn ze op een ‘vreemd’ en ‘ongekend’ sterrenstelsel in het vroege heelal gestuit, dat een bijzondere lichtspectra vertoont. De vondst biedt volgens de onderzoekers belangrijke nieuwe inzichten in de geschiedenis en de ontwikkeling van het universum.

Sterrenstelsel 9422

Het betreft het sterrenstelsel GS-NDG-9422, ook wel 9422 genoemd. Dit stelsel werd ontdekt ongeveer een miljard jaar na de oerknal en trok de aandacht door een unieke lichtsignatuur die nooit eerder is waargenomen. Het lijkt er namelijk op dat het gas in 9422 helderder schijnt dan de sterren. “Mijn eerste reactie toen ik het spectrum van het sterrenstelsel bekeek was: ‘dat is vreemd’,” herinnert onderzoeksleider Alex Cameron zich. “En dat is precies van de Webb-telescoop moest onthullen: totaal nieuwe fenomenen in het vroege heelal die ons zullen helpen begrijpen hoe het kosmische verhaal begon.”

Wat in deze afbeelding van James Webb verschijnt als een vaag stipje, kan in werkelijkheid een baanbrekende ontdekking zijn. Uit de gedetailleerde informatie over sterrenstelsel GS-NDG-9422, verkregen met Webb’s NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), blijkt dat het licht in deze afbeelding afkomstig is van het hete gas van het sterrenstelsel en niet van de sterren zelf. Astronomen denken dat de sterren in dit sterrenstelsel zo heet zijn (meer dan 80.000 graden Celsius) dat ze het nevelgas verhitten, waardoor dit gas helderder straalt dan de sterren. Afbeelding: NASA, ESA, CSA, STScI, Alex Cameron (Oxford)

Onderzoekers beschouwen dit ‘volledig nieuwe fenomeen’ als belangrijk, omdat het mogelijk de ontbrekende schakel vormt in de evolutie van sterrenstelsels. Het zou namelijk de overgang kunnen zijn tussen de allereerste sterren in het universum en de sterrenstelsels die we vandaag de dag kennen.

Computermodellen

Cameron benaderde zijn collega Harley Katz, een theoreticus, om de vreemde gegevens te bespreken. Samen met hun team ontdekten ze dat computermodellen van kosmische gaswolken, verwarmd door zeer hete, massieve sterren die het gas helderder deden schijnen dan de sterren, bijna perfect overeenkwamen met de waarnemingen van Webb. “Het lijkt erop dat deze sterren veel heter en zwaarder moeten zijn dan de sterren die we in ons lokale heelal waarnemen,” zegt Katz. “Dit is logisch, aangezien het vroege heelal een totaal andere omgeving was.”

De grafiek laat zien wat astronomen zouden verwachten in een ‘typisch’ sterrenstelsel, waar het licht voornamelijk van sterren komt (witte lijn), tegenover een model van licht van heet nevelgas dat sterren overstraalt (gele lijn). Dit model, ontwikkeld door Harley Katz, komt bijna perfect overeen met de waarnemingen van sterrenstelsel GS-NDG-9422. Afbeelding: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)

In het lokale heelal hebben gewone hete, massieve sterren temperaturen tussen de 40.000 en 50.000 graden Celsius. Het team ontdekte echter dat de sterren in sterrenstelsel 9422 heter zijn dan 80.000 graden Celsius.

Stervorming

De onderzoekers denken dat het sterrenstelsel zich in een tijdelijke fase van intense stervorming bevindt, binnen een wolk van dicht gas die een groot aantal massieve, hete sterren voortbrengt. Deze gaswolk ontvangt zoveel licht van de sterren dat ze daardoor extreem helder straalt.

Populatie III-sterren

Naast de opmerkelijkheid is het ook fascinerend dat nevelgas helderder is dan de sterren. Dit is namelijk iets wat eerder werd voorspeld voor de omgevingen van de eerste generatie sterren in het universum, die astronomen aanduiden als populatie III-sterren (zie kader).

Meer over de Populatie III-sterren

Populatie III-sterren zijn de allereerste sterren die zich na de oerknal vormden. Deze sterren leefden heel kort – mogelijk enkele honderdduizenden jaren – maar zijn wel belangrijk geweest voor de ‘evolutie’ van het universum. Deze sterren zetten lichte elementen in korte tijd om in zwaardere elementen, zoals zuurstof, stikstof, koolstof en ijzer. Zonder deze elementen waren wij er niet geweest, want ze zijn heel belangrijk voor het ontstaan van leven. Deze oersterren zijn tot op heden nog niet waargenomen. Maar mogelijk worden ze detecteerbaar als ze door zwaartekrachtlenzen zeer sterk worden vergroot, wat hoop geeft voor toekomstige observaties.

Volgens de onderzoekers betekent dit overigens niet dat Webb nu voor het eerst populatie III-sterren heeft ontdekt. “We weten dat sterrenstelsel 9422 geen populatie III-sterren bevat, omdat de gegevens van Webb te veel chemische complexiteit laten zien,” legt Katz uit. “Toch zijn de sterren anders dan wat we gewend zijn – de unieke sterren in dit sterrenstelsel kunnen ons helpen begrijpen hoe sterrenstelsels zijn overgegaan van oersterren naar de soorten sterrenstelsels die we tegenwoordig kennen.”

Vragen

Momenteel is sterrenstelsel 9422 slechts één voorbeeld van deze fase in de ontwikkeling van sterrenstelsels. En dus blijven nog veel vragen onbeantwoord. Zijn dergelijke omstandigheden bijvoorbeeld gebruikelijk in sterrenstelsels uit deze periode, of komen ze maar zelden voor? Wat kunnen ze ons vertellen over nog eerdere stadia in de evolutie van sterrenstelsels?

Cameron, Katz en hun onderzoeksteam zoeken momenteel naar meer sterrenstelsels zoals 9422, zodat ze een beter inzicht krijgen in wat er in het universum gebeurde in de eerste miljard jaar na de oerknal. “Het is een spannende tijd, omdat we met de Webb-telescoop een periode in het universum kunnen verkennen die voorheen ontoegankelijk was,” merkt Cameron op. “We staan nog maar aan het begin van nieuwe ontdekkingen en inzichten.”

Meer wetenschap? Lees de nieuwste artikelen op Scientias.nl .

Ruimtetelescoop James Webb ontdekt ‘vreemd’ sterrenstelsel dat inzicht verschaft in de jonge jaren van het universum (msn.com)