Ultrazwak dwergsterrenstelsel slechts 480 miljoen jaar na de Oerknal gespot
Het sterrenstelsel JD1 bevindt zich achter de supercluster Abell 2744 en wordt door zwaartekracht gelenzed en geeft drie afbeeldingen weer.
De eerste miljard jaar van het leven waren een cruciale periode in zijn evolutie. Na de Oerknal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden, breidde het vroege heelal zich uit en koelde het voldoende af om waterstofatomen te vormen.
Waterstofatomen absorberen ultraviolette fotonen van jonge sterren; tot de geboorte van de eerste sterren en sterrenstelsels werd het heelal echter donker en ging een periode in die bekend staat als de kosmische donkere eeuwen.
Het verschijnen van de eerste sterren en sterrenstelsels, een paar honderd miljoen jaar later, baadde het heelal in energetisch ultraviolet licht dat de waterstofmist begon te verbranden of te ioniseren. Dat stelde op zijn beurt fotonen in staat om door de ruimte te reizen, waardoor het heelal transparant werd.
Het bepalen van de soorten sterrenstelsels die in dat tijdperk domineerden – ook wel het tijdperk van de reïonisatie genoemd – is tegenwoordig een belangrijk doel in de astronomie, maar tot de ontwikkeling van de Webb Space Telescope ontbrak het astronomen aan de gevoelige infraroodinstrumenten die nodig waren om de eerste generatie sterrenstelsels te kunnen onderzoeken.
De meeste sterrenstelsels die tot nu toe met Webb zijn gevonden, zijn heldere sterrenstelsels die zeldzaam zijn en waarvan niet wordt aangenomen dat ze bijzonder representatief zijn voor de jonge sterrenstelsels die het vroege heelal bevolkten.
Als zodanig, hoewel belangrijk, worden deze heldere sterrenstelsels niet beschouwd als degenen die door al die waterstofmist heen brandden.
Ultrazwakke sterrenstelsels zoals JD1 daarentegen zijn veel talrijker en daarom denken astronomen dat ze meer representatief zijn voor de sterrenstelsels die het reïonisatieproces hebben geleid, waardoor ultraviolet licht ongehinderd door ruimte en tijd kan reizen.
JD1 werd voor het eerst in 2014 gezien en bevindt zich achter de enorme cluster van sterrenstelsels Abell 2744.
Abell 2744 is ongeveer 4 miljard lichtjaar verwijderd en heeft een diameter van zo’n 350 miljoen lichtjaar en heeft een massa die overeenkomt met meer dan 4 biljoen zonsmassa.
De gecombineerde zwaartekracht van de cluster buigt en versterkt het licht van JD1, waardoor het zwakke sterrenstelsel groter en 13 keer helderder lijkt dan anders het geval zou zijn.
Dr. Roberts-Borsani en collega’s gebruikten het NIRSpec-instrument van de Webb Space Telescope om het infraroodspectrum van JD1 te verkrijgen, waardoor ze de precieze leeftijd en de afstand tot de Aarde konden bepalen, evenals het aantal sterren en de hoeveelheid stof en zware elementen die het vormde in zijn relatief korte levensduur.
Omdat licht tijd nodig heeft om naar de Aarde te reizen wordt JD1 gezien zoals het ongeveer 13,3 miljard jaar geleden was, toen het heelal slechts ongeveer 4% van zijn huidige leeftijd had.
De combinatie van de zwaartekrachtvergroting van het sterrenstelsel en de nieuwe beelden van de NIRCam, van de Webb maakte het voor het onderzoeksteam ook mogelijk om de structuur van het sterrenstelsel met ongekende details en resolutie te bestuderen. Ze zagen drie grote langgerekte klompen van stof en gas waaruit sterren ontstaan.
De onderzoekers gebruikten de nieuwe gegevens om het licht van JD1 terug te traceren naar zijn oorspronkelijke bron en vorm en onthulden een compact sterrenstelsel dat slechts een fractie is van de grootte van oudere sterrenstelsels zoals de Melkweg.
Voordat Webb een jaar gelden werd ingeschakeld, konden astronomen er niet eens van dromen om zo’n zwak sterrenstelsel te bevestigden. De combinatie van Webb en de vergrotende kracht van zwaartekrachtlenzen is een revolutie.
Volgens de onderzoekers zijn ze het boek aan het herschrijven over hoe sterrenstelsels ontstonden en evolueerden in de onmiddellijke nasleep van de Oerknal.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Artikel: G. Roberts-Borsani et al. The nature of an ultra-faint galaxy in the cosmic dark ages seen with JWST. Nature, published online May 17, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-05994-w
Eerste publicatie: 4 juni 2023
Bron: sci-news
