James Webb Space Telescope onthult de vervormde sterrenstelsels van ‘El Gordo’

De enorme cluster van sterrenstelsels, El Gordo, is in het verleden door Hubble in beeld gebracht – nu heeft de JWST ons een nieuwe frisse kijk geboden.

Op ongeveer 9,7 miljard lichtjaar van de Aarde bevindt zich een (zeer) forse cluster van sterrenstelsels met een massa die overeenkomt met iets van 31 miljoen * miljard zonsmassa. Het is een kosmische klomp met de liefdevolle bijnaam “El Gordo”, wat zich uit het Spaans vertaalt naar “De Dikke”. In de loop der jaren heeft de Hubble Space Telescope ons gezegend met een aantal betoverende uitzichten op El Gordo – maar nu is er een nieuwe sterrenwacht in de ruimte.

Op 2 augustus 2023 kondigden wetenschappers aan dat de Webb Space Telescope ons een behoorlijk geestverruimend nieuw perspectief op El Gordo heeft geboden. Met zijn infrarood ogen heeft de baanbrekende telescoop door de zwaartekracht vervormde sterrenstelsels, een rode reuzenster en tonnen andere ruimte-goodies onthuld waar Hubble alleen maar op kon wijzen.

Een object staat bijvoorbeeld bekend als “El Anzuelo”, of de “Vishaak”. Dit sterrenstelsel bevindt zich op een afstand van 10,6 miljard lichtjaar en is duidelijk te zien in de rechterbovenhoek van de afbeelding als een heldere rode boog. Om in perspectief te plaatsen hoe goed deze foto is, zie je El Anzuelo zoals het 10,6 miljard jaar geleden was. Dit komt omdat het zo lang duurde voordat het licht vanaf dit punt in het leven van het sterrenstelsel de JWST bereikte.

Volgens Patrick Kamienski van de Arizona State University en hoofdauteur van een van de verschillende artikelen over deze JWST-waarnemingen waren ze in staat om zorgvuldig de lijkwade van stof te ontleden die het centrum van het sterrenstelsel onthult waar sterren actief ontstaan. Met Webb kunnen ze met gemak door dit dikke gordijn van stof kijken waardoor ze uit de eerste hand de samenstelling van sterrenstelsels van binnenuit kunnen zien.

Maar afgezien van het feit dat de JWST in staat is om door stofsluiers te kijken, dankzij zijn infraroodmogelijkheden, is de nieuwe lens van deze telescoop op El Gordo cruciaal vanwege hoe duidelijk het een fenomeen kan vastleggen dat zwaartekrachtlensing wordt genoemd.

Kortom, zwaartekrachtlensing is een concept dat geassocieerd wordt met de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Deze theorie stelt zich in feite voor dat ruimte en tijd samen gewezen zijn als een tastbare stof – een 4D-vel van zijde dat kan kromtrekken en rimpelen, afhankelijk van welke massa’s erin aanwezig zijn. Zwarte gaten vervormen dit weefsel sterk, sterren beïnvloeden het behoorlijk, de Aarde vervormt het enigszins en zelfs jij en ik vervormen het een ongelooflijk klein beetje.

Wat echter belangrijk is voor dit JWST-beeld, is dat de algemene relativiteitstheorie ook voorspelt dat die ruimtetijdweefselvervormingen van invloed zijn op de manier waarop licht door het heelal beweegt. Met het risico van vereenvoudigen kunnen de vervormingen licht dwingen om te buigen en te draaien tijdens het reizen door de ruimte – maar dit is een goede zaak voor astronomen. Als wetenschappers hun observatoria (zoals de JWST) kunnen richten op de superduper verwrongen gebieden (zoals een forse cluster van sterrenstelsels) kunnen ze een deel van dat verwrongen licht opvangen. En afhankelijk van waar het licht vandaan komt kunnen die vervormingen een soort vergrotend effect op de bron creëren. Dat effect heet gravitationele lensing.

Terugkomend op onze afbeelding, de belangrijkste reden waarom we El Enzuelo überhaupt kunnen zien, ondanks dat het zo immens ver weg is, is te wijten aan niets anders dan zwaartekrachtlensing! En dankzij het spectaculaire concept realiseerden wetenschappers zich dat het verre sterrenstelsel schijfvormig is, ongeveer 26.000 lichtjaar in diameter (1/4^de van de grootte van de Melkweg), naast het ontleden van andere interessante informatie over zijn geschiedenis.

Verder heeft de roodachtige tint die je in El Anzuelo ziet te maken met een ander kosmisch fenomeen. Kortom, naarmate dingen steeds verder weg raken van ons uitkijkpunt op Aarde – in combinatie met de uitdijing van het heelal – strekken de lichtgolven die ze uitzenden zich uit als onbreekbare elastiekjes. Als dat gebeurt lijken die golven roder en roder als gevolg van een fenomeen dat bekend staat als roodverschuiving.

Dus omdat dit sterrenstelsel er vrij rood uitziet, is het vrij ver van ons verwijderd.

 

 

Onder het vergrootglas van Einstein

Vanwege de hoeveelheid zwaartekrachtlensing die zichtbaar is in deze afbeelding – je kunt het zien aan de hand van het feit dat een stel glinsterende sterrenstelsels eruit zien als vlekken in plaats van spiralen en ellipsen die we verwachten – is er eens chat aan kosmische informatie uit te halen.

In feite was de allereerste afbeelding van de JWST ook gevuld met een hele reeks zwaartekrachtlensstelsels, die terecht veel lof verdienden van ruimteliefhebbers over de hele wereld.

Volgens onderzoekers biedt dit lenseffect een uniek venster op het verre heelal. Zwaartekrachtlensing werd meer dan 100 jaar geleden voorspeld door Albert Einstein. In de El Gordo-cluster is de kracht van zwaartekrachtlensing in actie te zien en wordt duidelijk hoe Webb de schatkist van Einstein kan helpen ontgrendelen.

Afdwalend van grote sterrenstelsels ving het JWST-portret van El Gordo ook verbazingwekkend een unieke rode ster op. Wetenschappers gaven die ster de bijnaam “Quyllur” wat zich vertaal van de inheemse Quechua-taal van de Peruaanse hooglanden naar gewoon “ster”.

Het verbazingwekkende deel? Dit is de eerste individuele rode reuzenster die door de JWST is waargenomen en die zich op meer dan 1 miljard lichtjaar van de Aarde bevindt. Quyllur bevindt zich eigenlijk ergens op ongeveer 11 miljard lichtjaar afstand van ons, in de buurt van een sterrenstelsel dat bekend staat als La Flaca, oftewel “de dunne”. La Flaca kan worden gezien als een potloodachtige lijn links midden in het beeld.

Het is bijna onmogelijk om rode reuzensterren met behulp van zwaartekrachtlensing te zien, tenzij je in het infrarood gaat zoeken. Dit is de eerste die men met Webb heeft gevonden, maar astronomen verwachten dat er nog veel meer zullen komen.

Ook zijn er vijf lensstelsels zichtbaar die deel lijken uit te maken van een babycluster op ongeveer 12,1 miljard lichtjaar van de Aarde – met in totaal mogelijk 17 galactische leden. Er zijn ook enkele ultra diffuse sterrenstelsels die op zo’n 7,2 miljard lichtjaar afstand aanwezig lijken, die zijn vergelijkbaar met normale sterrenstelsels behalve dat hun sterren veel meer verspreid zijn.

Astronomen hebben onderzocht of de eigenschappen van deze sterrenstelsels anders zijn dan de ultra diffuse sterrenstelsels die men in het lokale heelal ziet en er zijn inderdaad enkele verschillen zichtbaar. Ze zijn met name blauwer, jonger, uitgebreider en gelijkmatiger verdeeld over de cluster. Dit suggereert dat het leven in de clusteromgeving van de afgelopen 6 miljard jaar een significant effect heeft gehad op deze sterrenstelsels.

Eerste publicatie: 3 augustus 2023
Bron: NASA/ESA