Webb vindt het meest verre sterrenstelsel tot nu toe
Astronomen hebben met behulp van het NIRSpec-instrument van de Webb Telescope het spectrum van JADES-GS-Z14-0 verkregen. Dit is een record brekend sterrenstelsel dat slechts 290 miljoen jaar na de Oerknal werd waargenomen. Dit komt overeen met een roodverschuiving van ongeveer 14, wat een maat is voor hoeveel licht van een sterrenstelsel wordt uitgerekt door de uitdijing van het heelal.
JADES-GS-z14-0, gelegen in het sterrenbeeld Fornax – Oven, werd door de JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) gevonden.
Het sterrenstelsel is onverwacht helder en heeft een straal van 848 lichtjaar.
De ontdekking bewijst dat lichtsterke sterrenstelsels al 30 miljoen jaar na de Oerknal bestonden en vaker voorkomen dan vóór Webb werd verwacht.
De instrumenten op van de Webb zijn ontworpen om de vroegste sterrenstelsels te vinden en te begrijpen en in het eerste jaar van waarnemingen als onderdeel van JADES hebben astronomen al vele honderden kandidaat-sterrenstelsels gevonden uit de eerste 650 miljoen jaar na de Oerknal
Begin 2023 vonden ze in hun gegevens een sterrenstelsels dat een sterk bewijs dat dat het boven een roodverschuiving van 14 lag, wat erg spannend was, maar er waren enkele eigenschappen van de bron die voor voorzichtigheid zorgden.
De bron was verrassend helder, wat men niet verwachtte voor zon ver sterrenstelsel, en het bevond zich heel dicht bij een ander sterrenstelsel zodat het leek alsof de twee deel uitmaakten van één groter object.
Toen men de bron in oktober 2023. Als onderdeel van het JADES Origins Field, opnieuw bestudeerde wezen nieuwe gegevens verkregen met de NIRCam-filters nog meer in de richting van de hypothese van hoge roodverschuiving.
Astronomen wisten dat ze een spectrum nodig hadden omdat alles wat ze zouden leren van enorm wetenschappelijk belang zou kunnen zijn, hetzij als een nieuwe mijlpaal in Webbs onderzoek naar het vroege heelal, hetzij als een verwarrende vreemde eend in de bijt van een sterrenstelsel van middelbare leeftijd.
In januari 2024 nam NIRSpec JADES-GS-z14-0 gedurende bijna 10 uur waar en toen het spectrum voor het eerst werd verwerkt was er ondubbelzinnig bewijs dat het sterrenstelsel inderdaad een roodverschuiving van 14,32 had, waarmee het vorige record van verste sterrenstelsel, JADES-GS-z13-0, werd verbroken.
Gezien het mysterie rond de bron was het zien van dit spectrum, volgens de onderzoekers, ongelooflijk spannend voor het hele team.
Deze ontdekking was niet alleen een nieuw afstandsrecord voor het team; het belangrijkste aspect van JADES-GS-z14-0 was dat ze op deze afstand weten dat dit sterrenstelsel intrinsiek zeer lichtsterk moet zijn.
Uit de beelden blijkt dat de bron een doorsnede heeft van meer dan 1600 lichtjaar, was bewijst dat het licht dat we zien voornamelijk afkomstig is van jonge sterren en niet van emissie nabij een groeiend superzwaar zwart gat.
Zoveel sterlicht impliceert dat het sterrenstelsel honderden miljoenen zonsmassa’s zwaar is en dit roept de vraag op hoe de natuur in minder dan 300 miljoen jaar zo’n helder, massief en groot sterrenstelsel kan maken.
De gegeven onthullen nog andere belangrijke aspecten van dit verbazingwekkende sterrenstelsel. Men ziet dat de kleur niet zo blauw is als het zou kunnen zijn, wat erop wijst dat een deel van het licht rood gekleurd is door stof, zelfs in deze zeer vroege tijden.
De onderzoekers identificeerden ook dat JADES-GS-z14-0 op langere golflengtes werd gedetecteerd met het MIRI0nstrument, een opmerkelijke prestatie gezien de afstand.
De MIRI-waarneming heft betrekking op golflengtes van licht die werden uitgezonden in het bereik van zichtbaar licht, die roodverschoven zijn buiten het bereik van de nabij-infraroodinstrumenten van Webb.
De analyse geeft aan dan de helderheid van de bron die wordt geïmpliceerd door de MIRI-waarneming hoger is dan wat zou worden geëxtrapoleerd uit de metingen van de andere Webb-instrumenten, wat wijst op de aanwezigheid van sterke geïoniseerde gasemissie in het sterrenstelsel inde vorm van heldere emissielijnen van waterstof en zuurstof.
De aanwezigheid van zuurstof zo vroeg in het leven van dit sterrenstelsel is een verrassing en suggereert dat meerdere generatie van zeer massieve sterren hun leven al hadden geleefd voordat dit sterrenstelsel werd bestudeerd.
Al deze waarnemingen samen vertellen astronomen dat JADES-GS-z14-0 niet lijkt op het soort sterrenstelsels waarvan voorspeld is door theoretische modellen en computersimulaties dat ze in het zeer vroege heelal zullen bestaan.
Gezien de waargenomen helderheid van de bron kunne astronomen voorspellen hoe deze in de kosmische tijd zal groeien, en tot nu toe hebben ze geen geschikte analogen gevonden tussen de honderden andere sterrenstelsels met hoe roodverschuiving die ze in hun onderzoek hebben waargenomen.
Gezien het relatief kleine deel van de hemel dat ze hebben doorzocht om JADES-GS-z14-0 te vinden heeft de ontdekking ervan diepgaande gevolgen voor het voorspelde aantal heldere sterrenstelsels dat men in het vroege heelal kan zien, zoals besproken in een ander gelijktijdig JADES-onderzoek.
Het s waarschijnlijk dat astronomen de komende tien jaar met Webb veel van zulke lichtsterke sterrenstelsels zullen vinden, mogelijk zelfs al veel eerder.
De onderzoekers zijn heel blij met de buitengewone diversiteit aan sterrenstelsels die bestonden tijdens de kosmische dageraad.
Artikel: Stefano Carniani et al. 2024. A shining cosmic dawn: spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at z∼14. arXiv: 2405.18485
Eerste publicatie: 1 juni 2024
Bron: sci-news & anderen
