Astronomen vinden meest verre sterrenstelsel met behulp van James Webb Space Telescope

30 mei 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt bij het waarborgen van de geloofwaardigheid van de inhoud:

• gefactcheckt
• voorpublicatie
• betrouwbare bron
• gecorrigeerd

door Peter Edmonds, Harvard-Smithsonian Centrum voor Astrofysica

Een internationaal team van astronomen heeft vandaag de ontdekking aangekondigd van de twee vroegste en meest verre sterrenstelsels die ooit zijn gezien, daterend van slechts 300 miljoen jaar na de oerknal. Deze resultaten, met behulp van NASA's James Webb Space Telescope (JWST), markeren een belangrijke mijlpaal in de studie van het vroege universum.

De ontdekkingen zijn gedaan door het JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) team. Daniel Eisenstein van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) is een van de teamleiders van JADES en Principal Investigator van het observeringsprogramma dat deze sterrenstelsels onthulde. Ben Johnson en Phillip Cargile, beide onderzoekswetenschappers bij CfA, en Zihao Wu, een Harvard promovendus bij CfA, speelde ook belangrijke rollen.

Vanwege de uitdijing van het universum, rekt het licht van verre sterrenstelsels uit naar langere golflengten tijdens zijn reis. Dit effect is zo extreem voor deze twee sterrenstelsels dat hun ultraviolet licht verschuift naar infrarood golflengten waar alleen JWST het kan zien. Omdat licht tijd nodig heeft om te reizen, worden meer verre sterrenstelsels ook gezien zoals ze eerder in de tijd waren.

De twee recordbrekende sterrenstelsels worden JADES-GS-z14-0 en JADES-GS-z14-1 genoemd, waarbij de eerste de verste van de twee is. Naast het feit dat het het nieuwe afstandsrecordhouder is, is JADES-GS-z14-0 opmerkelijk vanwege hoe groot en helder het is.

'De omvang van het sterrenstelsel bewijst duidelijk dat het meeste licht wordt geproduceerd door een groot aantal jonge sterren,' zei Eisenstein, een Harvard professor en voorzitter van de sterrenkunde afdeling, 'in plaats van materiaal dat op een supermassief zwart gat in het centrum van het sterrenstelsel valt, wat veel kleiner zou lijken.'

De combinatie van de extreme helderheid en het feit dat jonge sterren deze hoge luminositeit voeden maakt JADES-GS-z14-0 het meest opvallende bewijs tot nu toe gevonden voor de snelle vorming van grote, massieve sterrenstelsels in het vroege universum.

'JADES-GS-z14-0 wordt nu het archetype van dit fenomeen,' zegt Dr. Stefano Carniani van de Scuola Normale Superiore in Pisa, hoofdauteur van het ontdekkingsartikel. 'Het is verbazingwekkend dat het universum zo'n sterrenstelsel kan maken in slechts 300 miljoen jaar.'

Bewijs voor verrassend levendige vroege sterrenstelsels verscheen zelfs in de eerste JWST-beelden en is in de eerste twee jaar van de missie toegenomen. Deze trend staat haaks op de verwachtingen die de meeste astronomen hadden voor de lancering van JWST van theorieën over sterrenstelselvorming.

JADES-GS-z14-0 was een raadsel voor het JADES-team toen ze het meer dan een jaar geleden voor het eerst zagen, omdat het dicht genoeg bij een voorgrond sterrenstelsel op de hemel verschijnt dat het team niet zeker kon zijn dat de twee geen buren waren. Maar in oktober 2023 voerde het JADES-team zelfs diepere beeldvorming uit - vijf volle dagen met de JWST Near-Infrared Camera op slechts één veld - en gebruikte filters die ontworpen waren om de vroegste sterrenstelsels beter te isoleren.

'We konden gewoon geen plausibele manier zien om dit sterrenstelsel te verklaren als slechts een buur van het meer nabije sterrenstelsel,' zegt Dr. Kevin Hainline, onderzoeksprofessor aan de University of Arizona.

Het sterrenstelsel bevindt zich in een veld waar het JWST Mid-Infrared Instrument een ultra-diepe observatie had uitgevoerd. De helderheid op intermediaire infrarode golflengten is een teken van emissie van waterstof- en zelfs zuurstofatomen in het vroege universum.

'Ondanks dat het zo jong is, is het sterrenstelsel al hard bezig met het creëren van de elementen die ons bekend zijn op aarde,' zei Zihao Wu, een co-auteur op een tweede paper over deze ontdekking, geleid door Jakob Helton, een promovendus aan de University of Arizona.

Vervolgens ontving het team, aangemoedigd, een spectrum van elk sterrenstelsel en bevestigde hun hoop dat JADES-GS-z14-0 inderdaad een recordbrekend sterrenstelsel was en dat de zwakkere kandidaat, JADES-GS-z14-1, bijna net zo ver weg was.

Een derde paper onder leiding van Brant Robertson, professor aan de University of California-Santa Cruz, en Ben Johnson, bestudeert de evolutie van deze vroege populatie van sterrenstelsels.

'Dit verbazingwekkende object toont aan dat de vorming van sterrenstelsels in het vroege universum zeer snel en intens is,' zei Johnson, 'en JWST zal ons in staat stellen om meer van deze sterrenstelsels te vinden, misschien toen het universum nog jonger was. Het is een prachtige kans om te bestuderen hoe sterrenstelsels ontstaan.'

Alle drie de papers zijn momenteel beschikbaar op de arXiv voorpublicatie server.

Meer informatie: Een stralende kosmische dageraad: spectroscopische bevestiging van twee lichtgevende sterrenstelsels bij z ∼ 14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA]

JWST/MIRI photometric detection at 7.7 μm of the stellar continuum and nebular emission in a galaxy at z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462

Journal information: arXiv

Provided by Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics