Webb observeert de tweelingbroer van de Melkweg in het vroege heelal

Het onderzoeksteam, waaronder een astronoom van de Universiteit van Californië, Riverside, deed de ontdekking met behulp van… James Webb-ruimtetelescoop.

Met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop heeft een internationaal team, waaronder astronoom Alexander de la Vega van de Universiteit van Californië, Riverside (UCR), het verste balkspiraalstelselachtige sterrenstelsel ontdekt. Melkweg wat tot nu toe is waargenomen.

Tot nu toe werd gedacht dat balkspiraalstelsels zoals de Melkweg niet konden worden waargenomen voordat het heelal, dat naar schatting 13,8 miljard jaar oud is, de helft van zijn huidige leeftijd heeft bereikt.

Onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift natuur Deze week werd het geleid door wetenschappers van het Centrum voor Astrobiologie in Spanje.

“Dit sterrenstelsel, Ceres-2112 genaamd, ontstond kort na zijn verschijning de grote explosiezei co-auteur de la Vega, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde en Sterrenkunde. “De vondst van ceers-2112 laat zien dat sterrenstelsels in het vroege heelal net zo geordend zouden kunnen zijn als de Melkweg. Dit is verrassend omdat sterrenstelsels in het vroege heelal veel chaotischer waren, en maar heel weinig ervan hadden structuren die vergelijkbaar waren met de Melkweg. ”

Galactische staven begrijpen

Ceers-2112 heeft een bar in het midden. De la Vega legde uit dat een galactische balk een structuur is die bestaat uit sterren in sterrenstelsels. Hongaarse pubs zijn als de bars in ons dagelijks leven, als een reep. Hij zei dat het mogelijk is om staven te vinden in niet-spiraalvormige sterrenstelsels, maar dat deze zeer zeldzaam zijn.

‘Bijna alle balken zijn te vinden in spiraalstelsels’, zegt de la Vega, die vorig jaar bij UCLA kwam nadat hij een doctoraat in de astronomie had behaald aan de Johns Hopkins University. “De balk in CEERS-2112 suggereert dat sterrenstelsels veel sneller volwassen zijn geworden en georganiseerd zijn dan we eerder dachten, wat betekent dat sommige aspecten van onze theorieën over de vorming en evolutie van sterrenstelsels moeten worden herzien.”

Een artistieke weergave van het balkspiraalstelsel Circe-2112, waargenomen in het vroege heelal. De aarde wordt weerspiegeld in een denkbeeldige bel die het sterrenstelsel omringt, wat de relatie tussen de Melkweg en CEERS-2112 aangeeft. Credit: Luca Costantin/CAB/CSIC-INTA

Het eerdere inzicht van astronomen over de evolutie van sterrenstelsels was dat het enkele miljarden jaren duurde voordat sterrenstelsels voldoende georganiseerd waren om balken te ontwikkelen.

“De ontdekking van Ceers-2112 laat zien dat dit in slechts een klein deel van die tijd had kunnen gebeuren, ongeveer een miljard jaar of minder”, aldus de la Vega.

Volgens hem worden galactische staven gevormd in spiraalstelsels met sterren die op een ordelijke manier roteren, zoals in de Melkweg.

“In zulke sterrenstelsels kunnen zich spontaan balken vormen als gevolg van instabiliteiten in de spiraalstructuur of zwaartekrachteffecten van een naburig sterrenstelsel”, zegt De la Vega. “In het verleden, toen het heelal nog heel jong was, waren sterrenstelsels onstabiel en chaotisch. Men dacht dat er in sterrenstelsels in het vroege heelal geen balken konden worden gevormd of lang konden blijven bestaan.”

Implicaties van de ontdekking en haar bijdragen

De ontdekking van Ceers-2112 zal naar verwachting minstens twee aspecten van de astronomie veranderen.

Alexander de la Vega is een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Californië, Riverside. Krediet: Alexander de la Vega, UC Riverside

“Ten eerste zullen theoretische modellen van de vorming en evolutie van sterrenstelsels er rekening mee moeten houden dat sommige sterrenstelsels al heel vroeg in de geschiedenis van het universum stabiel genoeg zijn geworden om bars te herbergen”, aldus De la Vega. “Deze modellen moeten mogelijk worden aangepast aan de hoeveelheid donkere materie die sterrenstelsels in het vroege heelal vormt, omdat wordt aangenomen dat donkere materie de snelheid waarmee balken worden gevormd beïnvloedt. Ten tweede laat de ontdekking van CEERS-2112 zien dat structuren zoals balken kunnen worden gedetecteerd.” Toen het heelal nog heel jong was.Dit is belangrijk omdat sterrenstelsels in het verre verleden kleiner waren dan nu, waardoor de balken moeilijker te vinden waren.De ontdekking van CEERS-2112 maakt de weg vrij voor de ontdekking van meer balken in het jonge heelal.

De la Vega hielp het onderzoeksteam door de roodverschuiving en eigenschappen van Ceers-2112 te schatten. Ook droeg hij bij aan de interpretatie van metingen.

“Roodverschuiving is een waarneembare eigenschap van een sterrenstelsel die aangeeft hoe ver weg het is en hoe ver terug in de tijd het sterrenstelsel kan worden gezien, en het is een gevolg van de eindige lichtsnelheid”, zei hij.

Wat De la Vega het meest verbaasde bij de ontdekking van Ceers-2112 was de mate waarin de staafeigenschappen beperkt konden worden.

“Aanvankelijk dacht ik dat het detecteren en schatten van de eigenschappen van staven in sterrenstelsels als SEARS-2112 gepaard zou gaan met meetonzekerheden,” zei hij. “Maar de kracht van de James Webb-ruimtetelescoop en de expertise van ons onderzoeksteam hebben ons geholpen sterke beperkingen te stellen aan de grootte en vorm van de staaf.”

Bij UCLA houdt de la Vega toezicht op de astronomieactiviteiten. Hij plant telescoopavonden op en buiten de campus, en bezoekt plaatselijke scholen om presentaties over astronomie te geven. Hij leidt ook een reeks openbare astronomietoespraken genaamd ‘Cosmic Thursdays’, evenals eenmalige evenementen voor speciale gelegenheden, zoals feestjes om zonsverduisteringen te bekijken.

Het artikel heeft de titel “Een Melkwegachtig balkspiraalstelsel met een roodverschuiving van 3.”

Referentie: “Een Melkwegachtig balkspiraalstelsel met roodverschuiving 3” door Luca Costantin, Pablo G. Pérez González, Yuchen Gu, Chiara Buteta, Sharda Goji, Michaela B. Bagley, Guillermo Barro, Jehan S. Kartaltepe, Anton M. Kokemoyer, Cristina Capello, Enrico Maria Corsini, Jairo Méndez Abreu, Alexandre de la Vega, Karthik J. Iyer, Laura Bisgiello, Yingjie Cheng, Lorenzo Morelli, Pablo Arrabal Haro, Fernando Buitrago, M.C. Cooper, Avishay Dekel, Mark Dickinson, Stephen L. Finkelstein, Mauro Giavalesco, Benny W. Holwerda, Mark Huertas-Company, Ray A. Lucas, Casey Babovich, Nor Pierzkal, Liz Marie Seely, Jesús Vega Ferrero, Stijn Waits en Leigh Aaron Young, 8 november 2023, natuur.
doi: 10.1038/s41586-023-06636-x