Astronomen vinden sterrenstelsel dat niet zou moeten bestaan
Een team van astronomen, onder leiding van Tim Carleton van de Arizona State University, heeft op een afbeelding van de Webb Space Telescope een dwergsterrenstelsel gevonden dat niet het oorspronkelijke waarnemingsdoel was.
Sterrenstelsels bestaan uit sterren, planeten met enorme wolken stof en gas en ook donkere materie en worden door de zwaartekracht bij elkaar gehouden. Dwergsterrenstelsels zijn de meest voorkomende sterrenstelsels in het heelal en zijn per definitie klein en lichtzwak. Ze bevatten minder dan 100 miljoen sterren. Ons Melkwegstelsel bevat ongeveer 200 miljard sterren.
Recente waarnemingen van dwergsterrenstelsels van het aantal aan “ultra-diffuse sterrenstelsels” die buiten het bereik van eerdere grote spectroscopische onderzoeken liggen, suggereren dat ons begrip van de populatie van dwergsterrenstelsels mogelijk onvolledig is.
In een nieuw gepubliceerd onderzoek keken Carleton en het team oorspronkelijk naar een cluster van sterrenstelsels als onderdeel van het JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS)-project.
Het dwergstelsel, PERLSDG, verscheen toevallig in een deel van de JWST-beelden van het team. Het was helemaal niet het doelwit – alleen een eindje verwijderd van het belangrijkste waarneemveld, in het gebied van de ruimte waar ze niets verwachtten te zien.
Hun resultaten zijn in de Astrophysical Journal Letters gepubliceerd.
PARLSDG had niet de gebruikelijke kenmerken die je van een dwergstelsel zou verwachten. Het heeft geen interactie met een nabijgelegen sterrenstelsel maar het maakt ook geennieuwe steren. Het blijkt dat het een interessant geval is van een geïsoleerd, rustig sterrenstelsel.
“Dit soort geïsoleerde, rustende dwergsterrenstelsels zijn nog niet eerder gezien, afgezien van relatief weinig gevallen. Er wordt niet echt verwacht dat ze zullen bestaan gezien ons huidige begrip van de evolutie van sterrenstelsels, dus het feit dat we dit object zien helpt ons onze theorieën over het ontstaan van sterrenstelsels te verbeteren”, zei Carleton. “Over het algemeen blijven dwergstelsels die op zichzelf bestaan nieuwe sterren maken.”
Tot nu toe toonde het inzicht van astonomen in de evolutie van sterrenstelsels een geïsoleerd sterrenstelsel aan dat jonge sterren bleef maken, of dat zou interageren met een massiever begeleidend sterrenstelsel. Deze theorie was niet van toepassing op PEARLSDG, dat zich presenteert als een oude populatie sterren, die geen nieuwe sterren maakt en ook op zichzelf blijft.
Nog een verrassing: individuele sterren kunnen worden waargenomen in de beelden van de Webb. Deze sterrenzijn helderder in Webb-golflengtes; het is een van de verste sterrenstelsels waar we deze sterren met dit detailniveau kunnen zien. Dankzij de helderheid van deze sterren kunnen astronomen de afstand ervan meten: 98 miljoen lichtjaar.
Voor dit onderzoek gebruikten Carleton en zijn team een breed scala aan gegevens.
Dit omvat beeldgegevens van de NIRCam van de Webb, spectroscopische gegevens van de DeVeney Optical Spectrograph op de Lowell Discovery Telescope in Flagstaff Arizona; archiefbeelden van de Galex- en Spitzer ruimtetelescopen van de NASA en gegevens van de Sloan Digital Sky Survey en de Dark Energy Camera Legacy Survey.
De NIRCam van de Webb heeft een zeer hoge hoekresolutie en gevoeligheid waardoor het team individuele sterren in dit verre sterrenstelsel kan identificeren. Net zoals individuele cellen onder een microscoop in beeld komen, brachten deze waarnemingen de componenten van PEARLSDG scherp in beeld.
Belangrijk is dat het identificeren van specifieke sterren in de beeldvorming een belangrijke aanwijzing gaf voor de afstand ervan. Deze sterren hebben een specifieke intrinsieke helderheid, dus door hun schijnbare helderheid met de Webb te meten kon het team bepalen hoe ver ze zijn verwijderd. Het blijkt dat deze sterren enkele van de meest verre sterren in hun soort waren die konden worden waargenomen.
Alle beeldgegevens uit het archief, waargenomen op ultraviolette, optische en infrarode golflengtes werden samengevoegd om de kleur van PEARLSDG te bestuderen. Nieuw gevormde sterren hebben een specifieke kleursignatuur, dus de afwezigheid van een dergelijke signatuur werd gebruikt om aan te tonen dat PEARLSDG geen nieuwe sterren meer maakt.
De DeVeney Spectrograph van de Lowell Discovery Telescope spreidt de lichte astronomische objecten in zijn afzonderlijke componenten, waardoor astronomen de eigenschappen ervan in detail kunnen bestuderen. De specifieke golflengteverschuiving die wordt waargenomen in kenmerken in de spectroscopische gegevens codeert bijvoorbeeld informatie over de beweging van PEARLSDG, waarbij gebruik wordt gemaakt van hetzelfde Dopplereffect dat radarpistolen gebruiken om de snelheid van automobilisten op wegen in Nederland te meten.
Dit was een sleutel om aan te tonen dat PEARLSDG met geen enkel ander sterrenstelsel geassocieerd is en werkelijk geïsoleerd is.
Bovendien zijn bepaalde kenmerken in het spectrum gevoelig voor de aanwezigheid van jonge sterren, zodat de afwezigheid van deze kenmerken de metingen van de afwezigheid van jonge sterren uit de beeldgegevens verder bevestigde.
Deze ontdekking verandert het begrip van astronomen over hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren. Het suggereert de mogelijkheid dat veel geïsoleerde, stille sterrenstelsels wachten om geïdentificeerd te worden en dat de Webb Space Telescope over de middelen beschikt om dat te doen.
Artikel: Timothy Carleton et al, PEARLS: A Potentially Isolated Quiescent Dwarf Galaxy with a Tip of the Red Giant Branch Distance of 30 Mpc, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b56
Eerste publicatie: 3 februari 2024
Bron: phys.org, Arizona State University
