Ons begrip van de vorming van sterrenstelsels en de aard van donkere materie zou volledig op zijn kop kunnen worden gezet na nieuwe waarnemingen van een sterrenpopulatie groter dan de Melkweg van meer dan 11 miljard jaar geleden, die niet zou moeten bestaan.

Een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Nature beschrijft bevindingen met behulp van nieuwe gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST). Uit de resultaten blijkt dat een enorm sterrenstelsel in het vroege heelal – 11,5 miljard jaar geleden waargenomen (een kosmische roodverschuiving van 3,2) – een extreem oude populatie sterren heeft die veel eerder is gevormd:1,5 miljard jaar eerder in de tijd (een roodverschuiving van ongeveer 11). De waarneming zet de huidige modellen op zijn kop, omdat er niet genoeg donkere materie in voldoende concentraties is opgebouwd om de vorming ervan te bewerkstelligen.

De vooraanstaande professor Karl Glazebrook van de Swinburne University of Technology leidde het onderzoek en het internationale team dat de JWST gebruikte voor spectroscopische waarnemingen van dit enorme, stille sterrenstelsel.

‘We achtervolgen dit specifieke sterrenstelsel al zeven jaar en hebben het urenlang geobserveerd met de twee grootste telescopen op aarde om erachter te komen hoe oud het was. Maar het was te rood en te zwak, en we konden het niet meten. uiteindelijk moesten we de aarde verlaten en de JWST gebruiken om de aard ervan te bevestigen."

De vorming van sterrenstelsels is een fundamenteel paradigma dat ten grondslag ligt aan de moderne astrofysica en voorspelt een sterke afname van het aantal massieve sterrenstelsels in de vroege kosmische tijden. Extreem massieve, stille sterrenstelsels zijn nu al één tot twee miljard jaar na de oerknal waargenomen, wat eerdere theoretische modellen uitdaagt.

De vooraanstaande professor Glazebrook werkte samen met vooraanstaande onderzoekers over de hele wereld, waaronder dr. Themiya Nanayakkara, dr. Lalitwadee Kawinwanichakij, dr. Colin Jacobs, dr. Harry Chittenden, universitair hoofddocent Glenn G Kacprzak en universitair hoofddocent Ivo Labbe van Swinburne's Centre for Astrophysics and Supercomputing .

‘Dit was echt een teaminspanning, van de infrarode hemelonderzoeken die we in 2010 begonnen en die ertoe leidden dat we dit sterrenstelsel als ongewoon identificeerden, tot onze vele uren op de Keck en de Very Large Telescope waar we het probeerden, maar er niet in slaagden het te bevestigen, totdat eindelijk het laatste jaar waarin we enorme inspanningen hebben geleverd om uit te zoeken hoe we de JWST-gegevens moesten verwerken en dit spectrum konden analyseren."

Dr. Themiya Nanayakkara, die leiding gaf aan de spectrale analyse van de JWST-gegevens, zegt:“We gaan nu verder dan wat mogelijk was om de oudste massieve, stille monsters te bevestigen die diep in het universum bestaan. Dit verlegt de grenzen van ons huidige begrip van hoe Melkwegstelsels ontstaan ​​en evolueren nu. De hamvraag is nu hoe ze zich zo snel vormen, heel vroeg in het heelal, en welke mysterieuze mechanismen ervoor zorgen dat ze niet abrupt sterren vormen, terwijl de rest van het heelal dat doet."

Universitair hoofddocent Claudia Lagos van het knooppunt van de University of Western Australia van het International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) was cruciaal bij het ontwikkelen van de theoretische modellering van de evolutie van de concentraties van donkere materie voor het onderzoek.

‘De vorming van sterrenstelsels wordt voor een groot deel bepaald door de concentratie van donkere materie’, zegt ze. ‘Het feit dat deze extreem zware sterrenstelsels zo vroeg in het heelal aanwezig zijn, vormt een grote uitdaging voor ons standaardmodel van de kosmologie. Dit komt omdat we denken dat zulke massieve structuren van donkere materie die deze enorme sterrenstelsels huisvesten nog geen tijd hebben gehad om zich te vormen.’ zijn nodig om te begrijpen hoe vaak deze sterrenstelsels voorkomen en om ons te helpen begrijpen hoe groot deze sterrenstelsels werkelijk zijn."

Glazebrook hoopt dat dit een nieuwe opening zou kunnen zijn voor ons begrip van de fysica van donkere materie, en stelt:“JWST heeft steeds meer bewijs gevonden voor de vorming van massieve sterrenstelsels in een vroeg stadium. Dit resultaat vestigt een nieuw record voor dit fenomeen. Hoewel het zeer opvallend is , het is maar één object. Maar we hopen er meer te vinden, en als we dat doen, zal dit onze ideeën over de vorming van sterrenstelsels echt verstoren."

Meer informatie: Karl Glazebrook et al, Een massief sterrenstelsel dat zijn sterren vormde op z ~ 11, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07191-9. Op arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2308.05606

Journaalinformatie: Natuur , arXiv

Aangeboden door Swinburne University of Technology