Kosmische dageraad, toen er voor het eerst sterren werden gevormd, 250 miljoen tot 350 miljoen jaar na het ontstaan ​​van het heelal plaatsvond, volgens een nieuwe studie geleid door onderzoekers van University College London (UCL) en de University of Cambridge.

De studie, gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , suggereert dat de NASA James Webb Space Telescope (JWST), gepland voor november, zal gevoelig genoeg zijn om de geboorte van sterrenstelsels direct te observeren.

Het door het VK geleide onderzoeksteam onderzocht zes van de meest afgelegen sterrenstelsels die momenteel bekend zijn, wiens licht het grootste deel van de levensduur van het universum heeft geduurd om ons te bereiken. Ze ontdekten dat de afstand van deze sterrenstelsels vanaf de aarde overeenkwam met een "terugblik"-tijd van meer dan 13 miljard jaar geleden, toen het heelal nog maar 550 miljoen jaar oud was.

Analyse van beelden van de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen, de onderzoekers berekenden de leeftijd van deze sterrenstelsels variërend van 200 tot 300 miljoen jaar, waardoor een schatting kan worden gemaakt van wanneer hun sterren voor het eerst zijn gevormd.

Hoofdauteur Dr. Nicolas Laporte (Universiteit van Cambridge), die het project begon toen hij aan de UCL werkte, zei:"Theoretici speculeren dat het universum de eerste paar honderd miljoen jaar een donkere plaats was, voordat de eerste sterren en sterrenstelsels werden gevormd.

"Getuige zijn van het moment waarop het universum voor het eerst baadde in sterrenlicht is een grote zoektocht in de astronomie.

"Onze waarnemingen geven aan dat de kosmische dageraad plaatsvond tussen 250 en 350 miljoen jaar na het begin van het universum, en, ten tijde van hun vorming, sterrenstelsels zoals degene die we hebben bestudeerd, zouden voldoende lichtgevend zijn geweest om gezien te worden met de James Webb Space Telescope."

De onderzoekers analyseerden het sterlicht van de sterrenstelsels zoals vastgelegd door de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen, het onderzoeken van een marker in hun energieverdeling die indicatief is voor de aanwezigheid van atomaire waterstof in hun stellaire atmosferen. Dit geeft een schatting van de leeftijd van de sterren die ze bevatten.

Deze waterstofsignatuur neemt in kracht toe naarmate de sterrenpopulatie ouder wordt, maar neemt af wanneer de melkweg ouder is dan een miljard jaar. De leeftijdsafhankelijkheid ontstaat doordat de zwaardere sterren die bijdragen aan dit signaal hun splijtstof sneller verbranden en dus als eerste sterven.

Co-auteur Dr. Romain Meyer (UCL Physics &Astronomy and the Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Duitsland) zei:"Deze leeftijdsindicator wordt gebruikt om sterren in onze eigen buurt in de Melkweg te dateren, maar het kan ook worden gebruikt om extreem afgelegen sterrenstelsels te dateren, gezien in een zeer vroege periode van het heelal.

"Met behulp van deze indicator kunnen we afleiden dat, zelfs in deze vroege tijden, onze sterrenstelsels zijn tussen de 200 en 300 miljoen jaar oud."

Bij het analyseren van de gegevens van Hubble en Spitzer, de onderzoekers moesten de "roodverschuiving" van elk sterrenstelsel schatten, wat hun kosmologische afstand aangeeft en dus de terugbliktijd waarop ze worden waargenomen. Om dit te behalen, ze voerden spectroscopische metingen uit met behulp van het volledige arsenaal van krachtige telescopen op de grond - de Chileense Atacama Large Millimeter Array (ALMA), de Europese Very Large Telescope, de dubbele Keck-telescopen op Hawaï, en Gemini-Zuid-telescoop.

Dankzij deze metingen kon het team bevestigen dat het kijken naar deze sterrenstelsels overeenkwam met terugkijken naar een tijd waarin het universum 550 miljoen jaar oud was.

Co-auteur Professor Richard Ellis (UCL Natuur- en Sterrenkunde), die tijdens zijn carrière steeds verder weg gelegen sterrenstelsels heeft gevolgd, zei:"In de afgelopen tien jaar astronomen hebben de grenzen verlegd van wat we kunnen waarnemen tot een tijd waarin het universum slechts 4% van zijn huidige leeftijd was. Echter, vanwege de beperkte transparantie van de atmosfeer van de aarde en de mogelijkheden van de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen, we hebben onze limiet bereikt.

"We wachten nu reikhalzend uit naar de lancering van de James Webb Space Telescope, waarvan we geloven dat het in staat is om direct getuige te zijn van de kosmische dageraad.

"De zoektocht om dit belangrijke moment in de geschiedenis van het universum te zien, is al tientallen jaren een heilige graal in de astronomie. Aangezien we zijn gemaakt van materiaal dat in sterren is verwerkt, dit is in zekere zin de zoektocht naar onze eigen oorsprong."

Bij de nieuwe studie waren astronomen betrokken van de University of California-Santa Cruz, de Universiteit van Californië, en de Universiteit van Texas.

De door NASA geleide James Webb-ruimtetelescoop, de opvolger van het Hubble-observatorium, zal naar verwachting in november in de ruimte worden gelanceerd. Het zal het komende decennium het belangrijkste observatorium zijn, ten dienste van duizenden astronomen over de hele wereld. Het bestaat uit een infrarood observatorium, een immense spiegel van 6,5 meter breed, en een ruitvormig zonnescherm. UCL-wetenschappers van het Mullard Space Science Laboratory hebben belangrijke hardwarecomponenten gebouwd en getest voor de NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), een van de vier instrumenten van de telescoop.