Op zoek naar de vroegste sterrenstelsels in het heelal

In een nieuwe studie gebruikte een team van astronomen onder leiding van Haojing Yan van de Universiteit van Missouri gegevens van NASA's James Webb Space Telescope (JWST) Early Release Observations en ontdekte 87 sterrenstelsels die de vroegst bekende sterrenstelsels in het universum zouden kunnen zijn.

Bij de foto: De James Webb Space Telescope is klaar voor testen in het Johnson Space Center van NASA in Houston. De telescoop werd op 25 december 2021 met succes de ruimte in gelanceerd. Foto: NASA/Chris Gunn.

De bevinding brengt astronomen een stap dichter bij het vinden van wanneer sterrenstelsels voor het eerst in het universum verschenen - ongeveer 200-400 miljoen jaar na de oerknal, zei Yan, universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie aan MU en hoofdauteur van het onderzoek.

"Het vinden van zo'n groot aantal sterrenstelsels in het vroege universum suggereert dat we misschien ons eerdere begrip van de vorming van sterrenstelsels moeten herzien", zei Yan. "Onze bevinding geeft aan dat veel sterrenstelsels veel eerder in het universum zouden kunnen zijn gevormd dan eerder werd gedacht."

In de studie zochten de astronomen naar potentiële sterrenstelsels met "zeer hoge roodverschuivingen". Yan zei dat het concept van roodverschuivingen in de astronomie astronomen in staat stelt te meten hoe ver verre objecten zich in het universum bevinden - zoals sterrenstelsels - door te kijken hoe de kleuren veranderen in de lichtgolven die ze uitzenden.

"Als een lichtgevende bron naar ons toe beweegt, wordt het licht 'samengedrukt' en die kortere golflengte wordt weergegeven door blauw licht of blauwverschuiving," zei Yan. "Maar als die lichtbron van ons weg beweegt, wordt het geproduceerde licht 'uitgerekt' en verandert het in een langere golflengte die wordt weergegeven door rood licht of roodverschuiving."

Volgens Yan is de ontdekking van Edwin Hubble aan het eind van de jaren 1920 dat ons heelal zich steeds verder uitbreidt, van groot belang om te begrijpen hoe roodverschuivingen in de sterrenkunde worden gebruikt.

"Hubble bevestigde dat sterrenstelsels buiten ons Melkwegstelsel van ons weg bewegen, en hoe verder ze verwijderd zijn, hoe sneller ze weggaan", zei Yan. "Hoe hoger de roodverschuiving van een object zoals een sterrenstelsel, hoe verder het van ons verwijderd is."

Daarom zei Yan dat de zoektocht naar sterrenstelsels met zeer hoge roodverschuivingen astronomen een manier geeft om de vroege geschiedenis van het universum te construeren.

"De snelheid van het licht is eindig, dus het kost tijd voordat het licht een afstand aflegt om ons te bereiken", zei Yan. “Als we bijvoorbeeld naar de zon kijken, kijken we niet naar hoe het er nu uitziet, maar hoe het er ongeveer acht minuten geleden uitzag. Dat komt omdat het zo lang duurt voordat de straling van de zon ons bereikt. Dus als we naar sterrenstelsels kijken die heel ver weg zijn, kijken we naar hun beelden van lang geleden.”

Met behulp van dit concept analyseerde het team van Yan het infraroodlicht dat door de JWST werd opgevangen om de sterrenstelsels te identificeren.

"Hoe hoger de roodverschuiving van een melkwegstelsel, hoe langer het duurt voordat het licht ons bereikt, dus een hogere roodverschuiving komt overeen met een eerder beeld van het universum", zei Yan. "Daarom krijgen we, door naar sterrenstelsels met hogere roodverschuivingen te kijken, eerdere snapshots van hoe het universum er lang geleden uitzag."

Bij de foto: Een paar kleurencomposietbeelden van de melkwegcluster SMACS 0723-27 en het omliggende gebied, gemaakt door NASA's James Webb Space Telescope via Early Release Observations (ERO). Een team van astronomen onder leiding van Haojing Yan van de Universiteit van Missouri gebruikte de gegevens van deze afbeeldingen om de interessante objecten voor hun studie te identificeren. Deze omvatten sterrenstelsels die de vroegst bekende sterrenstelsels in het universum zouden kunnen zijn - ongeveer 200 tot 400 miljoen jaar na de oerknal. De locatie van elk interessant object wordt aangegeven door een van de drie verschillende gekleurde cirkels - blauw, groen of rood - op de kleurenafbeeldingen. Deze kleuren komen overeen met het bereik van roodverschuivingen waar ze werden gevonden — hoog (blauw), zeer hoog (groen) of extreem hoog (rood). Foto: NASA, European Space Agency, Canadian Space Agency en het Space Telescope Science Institute. Grafische toevoegingen: Haojing Yan en Bangzheng Sun.

De JWST was van cruciaal belang voor deze ontdekking omdat objecten in de ruimte, zoals sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving - 11 en hoger - alleen kunnen worden gedetecteerd door infrarood licht, aldus Yan. Dit gaat verder dan wat NASA's Hubble-ruimtetelescoop kan detecteren, omdat de Hubble-telescoop alleen ziet van ultraviolet tot nabij-infrarood licht.

"JWST, de krachtigste infraroodtelescoop, heeft de gevoeligheid en resolutie voor de klus", zei Yan. “Totdat deze eerste JWST-datasets werden vrijgegeven [medio juli 2022], geloofden de meeste astronomen dat het universum heel weinig sterrenstelsels zou moeten hebben voorbij roodverschuiving 11. Onze resultaten dagen op zijn minst deze opvatting uit. Ik geloof dat deze ontdekking slechts het topje van de ijsberg is, omdat de gegevens die we gebruikten zich alleen op een heel klein deel van het universum concentreerden. Hierna verwacht ik dat andere teams van astronomen soortgelijke resultaten elders in de uitgestrekte ruimte zullen vinden, aangezien JWST ons een nieuw beeld blijft geven van de diepste delen van ons universum.

Vertaling: Jan Vyvey 
Bron: Universiteit van Missouri