Wetenschap
Astronomen vinden het meest verre sterrenstelsel met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop
Een internationaal team van astronomen heeft vandaag de ontdekking aangekondigd van de twee vroegste en verste sterrenstelsels die ooit zijn gezien, die teruggaan tot slechts 300 miljoen jaar na de oerknal. Deze resultaten, waarbij gebruik werd gemaakt van NASA's James Webb Space Telescope (JWST), markeren een belangrijke mijlpaal in de studie van het vroege heelal.
De ontdekkingen zijn gedaan door het JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)-team. Daniel Eisenstein van het Centrum voor Astrofysica | Harvard &Smithsonian (CfA) is een van de teamleiders van JADES en hoofdonderzoeker van het observatieprogramma dat deze sterrenstelsels heeft onthuld. Ben Johnson en Phillip Cargile, beide onderzoekswetenschappers bij CfA, en Zihao Wu, een Ph.D. van Harvard. student aan CfA, speelde ook een belangrijke rol.
Vanwege de uitdijing van het heelal strekt het licht van verre sterrenstelsels zich tijdens het reizen uit naar langere golflengten. Dit effect is zo extreem voor deze twee sterrenstelsels dat hun ultraviolette licht wordt verschoven naar infrarode golflengten waar alleen JWST het kan zien. Omdat licht tijd nodig heeft om zich te verplaatsen, worden verder weg gelegen sterrenstelsels ook gezien zoals ze vroeger in de tijd waren.
De twee recordbrekende sterrenstelsels heten JADES-GS-z14-0 en JADES-GS-z14-1, waarbij de eerstgenoemde de meest afgelegen van de twee is. De JADES-GS-z14-0 is niet alleen de nieuwe afstandsrecordhouder, maar valt ook op door zijn grootte en helderheid.
‘De omvang van het sterrenstelsel bewijst duidelijk dat het grootste deel van het licht wordt geproduceerd door grote aantallen jonge sterren,’ zegt Eisenstein, professor aan Harvard en voorzitter van de afdeling astronomie, ‘in plaats van materiaal dat op een superzwaar zwart gat in de sterrenstelsels valt. midden, dat veel kleiner zou lijken."
De combinatie van de extreme helderheid en het feit dat jonge sterren deze hoge helderheid voeden, maakt JADES-GS-z14-0 tot het meest opvallende bewijs dat tot nu toe is gevonden voor de snelle vorming van grote, massieve sterrenstelsels in het vroege heelal.
"JADES-GS-z14-0 wordt nu het archetype van dit fenomeen", zegt Dr. Stefano Carniani van de Scuola Normale Superiore in Pisa, hoofdauteur van het ontdekkingsartikel. "Het is verbazingwekkend dat het universum in slechts 300 miljoen jaar zo'n sterrenstelsel kan maken."
Bewijs voor verrassend krachtige vroege sterrenstelsels verscheen zelfs in de eerste JWST-opnamen en is in de eerste twee jaar van de missie steeds groter geworden. Deze trend druist in tegen de verwachtingen die de meeste astronomen vóór de lancering van JWST hadden over theorieën over de vorming van sterrenstelsels.
JADES-GS-z14-0 was een puzzel voor het JADES-team toen ze het ruim een jaar geleden voor het eerst zagen, omdat het aan de hemel zo dicht bij een voorgrondstelsel lijkt dat het team er niet zeker van kon zijn dat de twee geen buren waren. Maar in oktober 2023 voerde het JADES-team nog diepere beeldvorming uit – vijf volle dagen met de JWST Nabij-Infrarood Camera op slechts één veld – en gebruikte filters die waren ontworpen om de vroegste sterrenstelsels beter te isoleren.
"We konden gewoon geen enkele plausibele manier zien om dit sterrenstelsel te verklaren als slechts een buur van het meer nabije sterrenstelsel", zegt Dr. Kevin Hainline, onderzoeksprofessor aan de Universiteit van Arizona.
Het sterrenstelsel bevindt zich in een veld waar het JWST Mid-Infrared Instrument een ultradiepe observatie had uitgevoerd. De helderheid ervan op middellange infrarode golflengten is een teken van emissie van waterstof- en zelfs zuurstofatomen in het vroege heelal.
‘Ondanks dat het sterrenstelsel nog zo jong is, is het sterrenstelsel al hard aan het werk om de elementen te creëren die we op aarde kennen’, zegt Zihao Wu, co-auteur van een tweede artikel over deze bevinding, geleid door Jakob Helton, een afgestudeerde student aan de universiteit. van Arizona.
Aangemoedigd verzamelde het team vervolgens een spectrum van elk sterrenstelsel en bevestigde hun hoop dat JADES-GS-z14-0 inderdaad een recordbrekend sterrenstelsel was en dat de zwakkere kandidaat, JADES-GS-z14-1, bijna net zo ver weg was. .
Een derde artikel onder leiding van Brant Robertson, professor aan de Universiteit van Californië-Santa Cruz, en Ben Johnson, bestudeert de evolutie van deze vroege populatie van sterrenstelsels.
‘Dit verbazingwekkende object laat zien dat de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal zeer snel en intens is’, zegt Johnson, ‘en JWST zal ons in staat stellen meer van deze sterrenstelsels te vinden, misschien toen het heelal nog jonger was. Het is een geweldige kans om dit te bestuderen. hoe sterrenstelsels ontstaan."
Alle drie de artikelen zijn momenteel beschikbaar op de arXiv preprint-server.