Webb ziet kandidaat voor meest verre bekende sterrenstelsel

De nieuwe Webb-afbeeldingen, gemaakt door zijn twee camera’s – de Near Infrared Camera en het Mid-Infrared Instrument – als onderdeel van het Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS)-onderzoek, laten zien wat mogelijk een van de vroegste sterrenstelsels is die ooit zijn waargenomen. Een van deze sterrenstelsels, het Maisie-stelsel genoemd, wordt waargenomen zoals het slechts 290 miljoen jaar na de Oerknal was. Dit komt overeen met een roodverschuiving van z = 14,3.

Maisie's sterrenstelsel
Deze afbeelding van de Near Infrared Camera (NIRCam) van de Webb toont het Maisie sterrenstelsel, een van de vroegste sterrenstelsels ooit waargenomen. als de geschatte roodverschuiving overeenkomt met nieuwe waarnemingen dan betekent dit dat we et sterrenstelsel zien zoals het er 290 miljoen jaar na de Oerknal uitzag. Credit: NASA / STScI / CEERS / TACC / S. Finkelstein / M. Bagley / Z. Levay.

Volgens onderzoekers is de studie van de evolutie van sterrenstelsels het ultieme verhaal over de menselijker herkomst – niet alleen hoe onze soort, planeet of zonnestelsel is ontstaan, maar het onderzoeksterrein probeert ook te beantwoorden hoe ons sterrenstelsel is ontstaan.

Een methode om onze galactische oorsprong te bestuderen is door de vroegste bouwstenen van de Melkweg te bestuderen door sterrenstelsels te zoeken en te analyseren die in het vroege heelal zijn ontstaan.

De komst van de Wide Field Camera 3 op de Hubble Space Telescope duwde onze kosmische horizon tot ver in het tijdperk van de reïonisatie, de tijd waarin energetische fotonen – vermoedelijk van massieve sterren in vroege sterrenstelsels – het gas in het intergalactische medium ioniseerden.

Deze onderzoeken hebben aangetoond dat het z = 6-10 heelal wemelt van sterrenstelsels, waarvan duizenden melkwegkandidaten bekend zijn, inclusief spectroscopische bevestigingen tot z = 11.

Een deel van de moeilijkheid van dergelijke onderzoeken is de bijna heroïsche waarneeminspanning die nodig is om sterrenstelsels op z = 10 met de Hubble Space Telescope te bestuderen.

Deze sterrenstelsels worden steeds moeilijker te zien met de 2,4meter ultraviolet/optische/nabij infrarood telescoop die Hubble is en bij deze hoge roodverschuivingen worden ze enkelbands detecties waardoor het z = 11 heelal ondoorzichtig blijft voor ons begrip.

Maar dit verandert allemaal met de komst van de James Webb Space Telescope.

De dramatische toename van het vermogen om licht te verzamelen in combinatie met de infraroodgevoeligheid maakt deze telescoop de ideale machine om onze kosmische horizon naar het tijdperk van de eerste sterrenstelsels te duwen.

Als de eerste Webb-beelden arriveren is het natuurlijk om je af te vragen wat deze vroege gegevens ons vertellen over de opkomst van stervorming in het heelal.

De nieuwe beelden van Webb onthullen een vlaag van complexe sterrenstelsels die zich in de loop van de tijd ontwikkelen: sommige elegant volwassen spiralen, andere bolle peuters, weer andere als gasachtige wervelingen.

De beelden zijn van eens tukje sterrenhemel in het sterrenbeeld Grote Beer – Ursa Major. Ditzelfde hemelgebied werd eerder door Hubble waargenomen, zoals te zien is in de Extended Groth Strip.

Volgens de onderzoekers is het verbazingwekkend om te zien hoe een lichtpunt van Hubble verandert in een compleet, prachtig gevormd sterrenstelsel in de nieuwe James Webb-afbeeldingen.

De grote afbeelding van Webb’s Near Infrared Camera (NIRCam) is een mozaïek van 690 afzonderlijke frames die ongeveer 24 uur nodig hadden om te verzamelen.

De afbeelding bedekt een gebied aan de sterrenhemel dat acht keer groter is dan de allereerste Deep Field opname van Webb maar reikt wel minder ver.

High-performance rekenkracht maakte het mogelijk om talloze afbeeldingen te combineren en de frames in één keer in het geheugen te bewaren voor verwerking, wat resulteerde in één prachtig beeld.

Deel van de sterrenhemel in de Grote Beer vastgelegd door Webb
Deze opname, gemaakt met het MIRI-instrument van Webb toont een deel van de sterrenhemel in het sterrenbeeld Ursa Major – Grote Beer. Credit: NASA / STScI / CEERS / TACC / S. Finkelstein / G. Yang / C. Papovich / Z. Levay.

De andere opname is gemaakt door het midden infrarood-instrument van Webb (MIRI). Vergeleken met NIRCam heeft MIRI een Kleiner beeldveld maar heeft het wel een veel groter ruimtelijk oplossend vermogen dan eerdere telescopen die op deze golflengtes waarnamen.

MIRI detecteert langere golflengtes dan NIRCam waardoor astronomen kosmisch stof van stervormende sterrenstelsels en zwarte gaten op redelijk grote afstanden kunnen zien. Ook kunnen ze met MIRI licht van oudere sterren op grote afstanden zien.

Volgens de onderzoekers zijn de beelden opwindend omdat het enorme aantal van deze kandidaten voor sterrenstelsels met een echt grote roodverschuiving veel groter is dan verwacht.

Men sist dat ze er een paar zouden vinden maar niemand had verwacht dat het er zoveel zouden zijn.

Dit betekent ofwel dat het heelal een beetje anders werkt dan we dachten, of er zijn veel andere vervuilende bronnen en deze kandidaten zullen iets aders blijken te zijn. De realiteit is vermoedelijk een mix van beide.

Het onderzoek zal gepubliceerd worden in de Astrophysical Journal

Artikel: Steven L. Finkelstein et al. 2022. A Long Time Ago in a Galaxy Far, Far Away: A Candidate z ~ 14 Galaxy in Early JWST CEERS Imaging. ApJ, in press; arXiv: 2207.12474

Eerste publicatie: 6 augustus 2022
Bron: Sci-News