Astronomisch Nieuws

Webb vindt groene erwtenstelsels in het jonge heelal

Astronomen hebben met behulp van de Webb Space Telescope drie sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving gevonden die opmerkelijke overeenkomsten vertonen met “groene-erwten”-stelsels. Dit is een zeldzame klasse van kleine sterrenstelsels in het lokale heelal.

De drie vroege groene erwten
Een drietal zwakkesterrenstelsels (omcirkeld) vastgelegd in de Webb’s diepe afbeelding van de cluster van melkwegstelsels SMACS J0723.3-7327 vertonen eigenschappen die opvallend veel lijken op zeldzame, kleine sterrenstelsels die groene erwten worden genoemd en die veel dichter bij huis zijn gevonden. Credit: NASA / ESA / CSA / STScI.

Groene erwtenstelsels werden in 2009 ontdekt en benoemd door vrijwilligers die deelnamen aan Galaxy Zoo, een project waarbij burgerwetenschappers helpen bij het classificeren van sterrenstelsels in afbeeldingen.

Deze sterrenstelsels vielen op als kleine, ronde, onopgeloste stippen met een duidelijk groene tint, een gevolg van zowel de kleuren die zijn toegewezen aan de verschillende filters in de samengestelde beelden van het onderzoek als een eigenschap van de sterrenstelsels zelf.

Groene erwtenkleuren zijn ongebruikelijk omdat een aanzienlijk deel van hun licht afkomstig is van fel gloeiende gaswolken. Deze gassen zenden licht uit op specifieke golflengtes – in tegenstelling tot sterren die een regenboogspectrum van continue kleuren produceren.

Groene erwtenstelsels zijn ook vrij compact, doorgaans slechts ongeveer 5000 lichtjaar in doorsnee. Dat komt overeen met ongeveer 5% van de grootte van ons eigen sterrenstelsel.

Deze erwten zijn misschien klein maar hun stervormingsactiviteit is ongebruikelijk intens voor hun grootte, dus produceren ze helder ultraviolet licht, aldus Dr. Keunho Kim, een postdoctoraal onderzoeker aan de universiteit van Cincinnati.

Dankzij ultraviolette beelden van groene erwten van Hubble en onderzoek vanaf de Aarde van vroege stervormende sterrenstelsels is het duidelijk dat ze beide deze eigenschap delen.

In juli 2022 maakte Webb het diepste en scherpste infraroodbeeld van het verre heelal tot nu toe is waargenomen en legde duizenden sterrenstelsels vast in en achter een cluster van sterrenstelsels die bekend staat als SMACS J0723.3-7377.

De massa van de cluster maakt het tot een zwaartekrachtlens die het uiterlijk van achtergrondsterrenstelsels zowel vergroot als vervormt.

Onder de zwakste sterrenstelsels achter de cluster bevond zich een drietal compacte infrarood-objecten die eruit zagen alsof ze verre verwanten van groene erwten zouden kunnen zijn.

Het verst verwijderde van deze drie sterrenstelsels werd ongeveer 10 keer vergroot, wat een aanzienlijke hulp van de natuur bood bovenop de ongekende mogelijkheden van de JWST.

Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) legde ook de spectra vast van geselecteerde sterrenstelsels in het SMACS J0723.3-7327-veld.

Toen Dr. Kim en collega’s deze metingen onderzochten en corrigeerden voor de golflengte-uitbreiding als gevolg van de uitbreiding van de ruimte, zagen ze karakteristieke kenmerken uitgezonden door zuurstof, waterstof en neon in een verbluffende gelijkenis met die gezien in nabije groene erwten.

Bovendien maakten de Webb-spectra het voor het eerst mogelijk om de hoeveelheid zuurstof in deze sterrenstelsels te meten.

Terwijl sterren energie produceren zetten ze lichtere elementen zoals waterstof en helium om in zwaardere. Wanneer sterren aan het einde van hun leven exploderen of hun buitenste lagen verliezen, worden deze zwaardere elementen opgenomen in het gas dat de volgende stellaire generaties vormt en gaat het proces weer verder. Op deze manier hebben sterren het heelal gestaag verrijkt.

Twee van de Webb-sterrenstelsels bevatten zuurstof op ongeveer 20% van het niveau van onze Melkweg.

Ze lijken op typische groene erwten, die niettemin minder dan 0,1% uitmaken van de nabije sterrenstelsels die door de Sloan Surevy zijn waargenomen. Het derde sterrenstelsel is zelfs nog ongebruikelijker.

Deze objecten worden gezien zoals ze bestonden tot 13,1 miljard jaar geleden. Het heelal had toen ongeveer 5% van zijn huidige leeftijd.

En astronomen zien dat het in alle opzichten jonge sterrenstelsels zijn – vol met jonge sterren en gloeiend gas dat weinig chemische producten bevat die zijn gerecycled van eerdere sterren.

Een van de stelsels bevat slechts 2% van de zuurstof van een sterrenstelsel zoals het onze en is misschien wel het meest chemisch primitieve sterrenstelsel dat tot nu toe is geïdentificeerd.

De resultaten zijn gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters.

Artikel: James E. Rhoads et al. 2023. Finding Peas in the Early Universe with JWST. ApJL 942, L14; doi: 10.3847/2041-8213/acaaaf

Eerste publicatie: 11 januari 2023
Bron: sci-news