Vroege sterrenstelsels waren minder massief dan eerder werd gedacht
In een artikel dat deze week in de Astronomical Journal is gepubliceerd, analyseren astronomen de evolutie van enorme sterrenstelsels met roodverschuivingen van 4 – 8, geselecteerd uit de JWST Cosmic Evolution Early Release Survey (CEERS).
Volgens Katherine Chworowsky van de universiteit van Texas en hoofdauteur van het artikel, zien astronomen nog steeds meer sterrenstelsels dan voorspeld, maar geen van hen is zo massief dat ze het heelal “breken”.
Volgens het nieuwe onderzoek herbergen de sterrenstelsels die overdreven massief leken waarschijnlijk zwarte gaten die snel gas verbruiken.
Wrijving in het snel bewegende gas zendt warmte en licht uit, waardoor deze sterrenstelsels veel helderder zijn dan ze zouden zijn als dat licht alleen van sterren afkomstig zou zijn.
Dit extra licht kan het laten lijken alsof de sterrenstelsels veel meer sterren bevatten en dus massiever zijn da we anders zouden schatten.
Wanneer wetenschappers deze sterrenstelsels, kleine rode stippen genoemd, uit de analyse verwijderen dan zijn de resterende vroege sterrenstelsels niet te massief om binnen de voorspellingen van het Standaardmodel te passen.
“Dus, de kern van de zaak is dat er geen crisis is in termen van het Standaardmodel van de kosmologie”, zegt Professor Steven Finkelstein.
“Elke keer dat je een theorie hebt die de tand des tijds al zo lang heeft doorstaan, moet je overweldigend bewijs hebben om hem echt te verwerpen. En dat is gewoon niet het geval.”
Hoewel ze het grootste dilemma hebben opgelost, blijft er een minder lastig probleem over: er zijn nog steeds ongeveer twee keer zoveel massieve sterrenstelsels in de Webb-data van het vroege heelal dan verwacht op basis van het Standaardmodel.
Een mogelijke reden zou kunnen zijn dat sterren zich in het vroege heelal veel sneller vormden dan nu.
“Misschien waren sterrenstelsels in her vroege heelal beter in het omzetten van gas in sterren”, aldus Chworowsky.
Stervorming vindt plaats wanneer heet gas voldoende afkoelt om te bezwijken onder de zwaartekracht en te condenseren tot een of meer sterren. Maar als het gas krimpt, warmt het op, waardoor er druk naar buiten ontstaat.
In ons deel van het heelal zorgt de balans van deze tegengestelde krachten ervoor dat het stervormingsproces erg traag verloopt.
Maar misschien was het, volgens sommige theorieën, omdat het vroege heelal dichter was dan nu, moeilijker om gas uit te blazen tijdens stervorming, waardoor het proces sneller kon verlopen.
Tegelijkertijd hebben astronomen de spectra van kleine rode stippen geanalyseerd die met Webb zijn ontdekt, waarbij onderzoekers van zowel het CEERS-team als anderen bewijs vonden van snel bewegend waterstofgas, een kenmerk van accretieschijven van zwarte gaten.
Dit ondersteunt het idee dat tenminste een deel van het licht dat van deze compacte, rode objecten komt, afkomstig is van gas dat rond zwarte gaten wervelt, in plaats van sterren. Dit versterkt de conclusie van Chworowsky en collega’s dat ze waarschijnlijk niet zo massief zijn als astronomen aanvankelijk dachten.
Er komen echter nog meer waarnemingen van deze intrigerende objecten aan en die zouden moeten helpen de puzzel op te lossen over hoeveel licht er van sterren komt versus gas rond zwarte gaten.
Vaak leidt het beantwoorden van één vraag in de wetenschap tot nieuwe vragen en hoewel wetenschappers hebben aangetoond dat het standaardmodel van de kosmologie waarschijnlijk niet kapot is, wijst hun werk op de noodzaak van nieuwe ideeën over stervorming.
“En dus is er nog steeds dat gevoel van intrige. Niet alles is volledig begrepen. Dat is wat het doen van dit soort wetenschap leuk maakt, omdat het een vreselijk saai vakgebied zou zijn als één artikel alles zou uitvogelen of als er geen vragen meer te beantwoorden waren”, zegt Chworowsky.
Artikel: Katherine Chworowsky et al. 2024. Evidence for a Shallow Evolution in the Volume Densities of Massive Galaxies at z = 4-8 from CEERS. AJ 168, 113; doi: 10.3847/1538-3881/ad57c1
Eerste publicatie: 27 augustus 2024
Bron: sci-news
