Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De ontdekking van onverwachte ultrazware sterrenstelsels zal de kosmologie misschien niet herschrijven, maar laat nog steeds vragen achter

Door verschillende delen van het elektromagnetische spectrum te observeren, kunnen de Hubble Ruimtetelescoop en de James Webb Ruimtetelescoop verschillende dingen zien in dezelfde delen van het universum. Krediet:NASA, J. Olmsted (STScI).

Sinds de James Webb Space Telescope (JWST) zijn eerste glimp van het vroege heelal heeft vastgelegd, zijn astronomen verrast door de aanwezigheid van wat 'ultramassievere' sterrenstelsels lijken te zijn dan verwacht. Gebaseerd op het meest algemeen aanvaarde kosmologische model hadden ze pas veel later in de geschiedenis van het universum moeten kunnen evolueren, wat aanleiding gaf tot beweringen dat het model moet worden veranderd.



Dit zou decennia van gevestigde wetenschap op zijn kop zetten.

"De ontwikkeling van objecten in het universum is hiërarchisch. Je begint klein en wordt groter en groter", zegt Julian Muñoz, assistent-professor astronomie aan de Universiteit van Texas in Austin en co-auteur van een recent artikel gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven dat veranderingen in het kosmologische model test. De studie concludeert dat herziening van het standaard kosmologische model niet nodig is. Astronomen moeten echter misschien opnieuw bekijken wat ze begrijpen over hoe de eerste sterrenstelsels ontstonden en evolueerden.

Kosmologie bestudeert de oorsprong, evolutie en structuur van ons universum, vanaf de oerknal tot heden. Het meest algemeen aanvaarde kosmologische model wordt het Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) -model of het 'standaard kosmologische model' genoemd. Hoewel het model zeer goed geïnformeerd is, is veel over het vroege heelal theoretisch gebleven, omdat astronomen het niet volledig of helemaal niet konden waarnemen.

De Hubble-ruimtetelescoop, gelanceerd in 1990, speelde een cruciale rol bij de ontwikkeling en verfijning van het standaard kosmologische model. Het observeert het universum in ultraviolette, zichtbare en sommige nabij-infrarode golflengten van licht. Dit maakt het echter beter om sommige dingen te zien dan andere. Hubble is bijvoorbeeld goed uitgerust om kleinere sterrenstelsels waar te nemen die vaak grotere populaties jonge, ultraviolet uitstralende sterren bevatten en minder stof dat de neiging heeft kortere golflengten te absorberen.

JWST werd eind 2021 gelanceerd en biedt een belangrijke aanvulling op de mogelijkheden van Hubble. Door te observeren in de nabij- en midden-infrarode golflengten kan JWST objecten detecteren die onzichtbaar zijn voor Hubble.

"We openen een venster naar het onbekende", zei Muñoz. "We kunnen nu onze theorieën over het universum testen op een plek waar we dat voorheen niet konden."

Infraroodopname van het heelal, vastgelegd door de James Webb-ruimtetelescoop. Krediet:NASA, ESA, CSA en STScI.

Kort na de oerknal waren de zaken niet helemaal uniform. Kleine variaties in dichtheid hadden een enorme impact op de toekomstige structuur en evolutie van het universum. Regio's met een grotere dichtheid trokken door de zwaartekracht meer materie aan, wat uiteindelijk leidde tot de vorming van steeds grotere structuren.

Om zo snel zo groot te worden zouden de ultramassieve sterrenstelsels die door JWST zijn waargenomen in theorie alleen mogelijk zijn als zich direct na de oerknal meer van deze gebieden met een hogere dichtheid hadden ontwikkeld. Dit zou een verandering van het standaard kosmologische model vereisen.

Muñoz en zijn team testten deze hypothese.

Ze kozen een bereik van kosmische tijd waarvoor zowel JWST- als Hubble-waarnemingen beschikbaar zijn. Binnen dit bereik identificeerden ze de zwaarste sterrenstelsels die beschikbaar zijn in de JWST-gegevens en berekenden ze de hoeveelheid verandering in de vroege dichtheid van het universum die nodig zou zijn om ze te kunnen vormen.

Ze berekenden ook hoeveel kleinere sterrenstelsels het gevolg zouden zijn van deze hypothetische verandering. Deze extra kleinere sterrenstelsels zouden door Hubble zijn waargenomen.

"Maar dat is niet wat we zien", legt Muñoz uit. "Je kunt de kosmologie niet genoeg veranderen om dit overvloedsprobleem te verklaren, gegeven het feit dat de waarnemingen van Hubble ook zouden worden beïnvloed."

Dus waarom vindt JWST zoveel ultramassieve sterrenstelsels? Eén mogelijkheid is dat ze superzware zwarte gaten bevatten. Deze zwarte gaten zouden nabijgelegen gas opwarmen, waardoor de sterrenstelsels helderder en dus massiever lijken dan ze in werkelijkheid zijn. Of de sterrenstelsels bevinden zich misschien helemaal niet in het vroege heelal, maar ze zien er zo uit omdat stof ervoor zorgt dat hun kleur er roder uitziet dan anders het geval zou zijn. Deze verschuiving zou ervoor zorgen dat de sterrenstelsels verder weg lijken dan ze zijn.

Naast Muñoz zijn de auteurs van het onderzoek ook Nashwan Sabti en Marc Kamionkowski van de Johns Hopkins University.

Meer informatie: Nashwan Sabti et al., Inzichten van HST in ultramassieve sterrenstelsels en kosmologie in het vroege heelal, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061002. Op arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.07049

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven , arXiv

Aangeboden door de Universiteit van Texas in Austin




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Meisjes zullen jongens zijn:geslachtsverandering bij drakenhagedissen
  2. Twee nieuwe soorten schaaldieren ontdekt op Galicische zeebodem
  3. Bioloog onderzoekt de voor- en nadelen van virtuele en augmented reality bij het lesgeven in milieukunde
  4. Het verschil tussen glycolyse en gluconeogenese
  5. Verklaring van celspecialisatie
  6. De kwaliteit van bosbessen ontsluiten:de rol van cuticulaire was
  7. Biologische landbouw of bloemstroken:wat is beter voor bijen?
  8. Klimaatverandering is de meest prominente bedreiging voor bestuivers, zo blijkt uit onderzoek
  9. Wat is een virus,

Wetenschap