Met behulp van de eerste wetenschappelijke afbeelding die deze maand door de James Webb Space Telescope (JWST) is vrijgegeven, heeft een internationaal team van wetenschappers met een belangrijke bijdrage van de Technische Universiteit van München (TUM) een verbeterd model gebouwd voor de massadistributie van de melkwegcluster SMACS J0723 .3−7327. De cluster van sterrenstelsels op de voorgrond fungeert als een zogenaamde zwaartekrachtlens en produceert zowel meerdere beelden van achtergrondstelsels als deze beelden uitvergroot. Eén familie van dergelijke meerdere afbeeldingen behoort tot een sterrenstelsel, waarvan het model voorspelt dat het zich op een afstand van ongeveer 13 Gyrs bevindt, d.w.z. waarvan het licht ongeveer 13 miljard jaar reisde voordat het de telescoop bereikte.

De eerste wetenschappelijke afbeelding vrijgegeven door de James Webb Space Telescope (JWST) was van een zwaartekrachtlens, in het bijzonder de melkwegcluster SMACS J0723.3−7327. Zwaartekrachtlenzen, met name clusters van sterrenstelsels, vergroten het licht van achtergrondstelsels en produceren hiervan meerdere afbeeldingen. Vóór JWST waren 19 meerdere afbeeldingen van zes achtergrondbronnen bekend in SMACS J0723.3−7327. De JWST-gegevens onthulden nu 27 extra meervoudige afbeeldingen van nog eens tien bronnen met lenzen.

"In deze eerste stap naar de weg die door JWST is geopend, hebben we recente gegevens van deze gloednieuwe telescoop gebruikt om het lenseffect van SMACS0723 met grote nauwkeurigheid te modelleren", zegt Gabriel Bartosch Caminha, postdoc fellow bij TUM, het Max Planck Institute for Astrofysica (MPA) en het Duitse Centrum voor Kosmologische Lensing (GCCL). De samenwerking gebruikte eerst gegevens van de Hubble Space Telescope (HST) en Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) om een ​​"pre-JWST" lensmodel te bouwen, en verfijnde het vervolgens met nieuw beschikbare JWST nabij-infraroodbeeldvorming. "De JWST-beeldvorming is absoluut verbazingwekkend en mooi, en toont veel meer achtergrondbronnen met meerdere lenzen, waardoor we ons lensmassamodel aanzienlijk konden verfijnen", voegt hij eraan toe.

Een van de meest nauwkeurige modellen die er zijn

Veel van deze nieuwe bronnen met een lens hebben nog geen afstandsschattingen en de wetenschappers gebruikten hun massamodel om te voorspellen hoe ver deze sterrenstelsels met een lens waarschijnlijk zullen zijn. Een van hen bevond zich waarschijnlijk op de verbazingwekkende afstand van 13 Gyrs (roodverschuiving> 7,5), d.w.z. het licht werd uitgestraald tijdens de vroege stadia van het universum. Dit sterrenstelsel is met meerdere lenzen in drie opnamen opgenomen en de helderheid ervan wordt in totaal met een factor μ≈20 vergroot.

Om deze oerobjecten te bestuderen, is het echter van fundamenteel belang om het lenseffect van de cluster van voorgrondmelkwegstelsels nauwkeurig te beschrijven. "Ons nauwkeurige massamodel vormt de basis voor de verkenning van de JWST-gegevens", benadrukt Sherry Suyu, hoogleraar Observationele Kosmologie aan de TUM, Max Planck Research Group Leader bij MPA en een gastonderzoeker aan het Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics. "De spectaculaire JWST-beelden laten een grote verscheidenheid aan sterrenstelsels met sterke lenzen zien, die dankzij ons nauwkeurige model tot in detail kunnen worden bestudeerd."

Het nieuwe model voor de massadistributie van het voorgrondcluster is in staat om de posities van alle meerdere afbeeldingen met een hoge nauwkeurigheid te reproduceren, waardoor het model een van de nauwkeurigste is die beschikbaar is. Voor vervolgstudies van deze bronnen worden de lensmodellen, inclusief vergrotingskaarten en roodverschuivingen (d.w.z. afstanden) geschat op basis van het model, openbaar gemaakt. "We zijn hier erg enthousiast over", voegt Suyu toe. "We wachten reikhalzend uit naar toekomstige JWST-waarnemingen van andere clusters van sterrenstelsels met een sterke lens. Deze zullen ons niet alleen in staat stellen om de massaverdeling van clusters van sterrenstelsels beter in te perken, maar ook om sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving te bestuderen." + Verder verkennen

Hoe de James Webb-ruimtetelescoop ons de eerste sterrenstelsels in het heelal laat zien