De James Webb-ruimtetelescoop is getuige van het aanbreken van sterrenlicht

Leading notes door James Webb-ruimtetelescoop Resultaten van vroege samensmelting van sterrenstelsels geven aan dat sterren sneller en efficiënter zijn gevormd dan voorheen bekend was, waardoor complexe sterrenhopen aan het licht komen en de huidige kosmologische theorieën in twijfel worden getrokken.

• Sterrenstelsels en sterren evolueerden nog sneller de grote explosie Dan verwacht.
• Gedetailleerde beelden van een van de eerste sterrenstelsels laten zien dat de groei veel sneller ging dan we dachten.

Een internationaal onderzoeksteam heeft ongekend gedetailleerde waarnemingen gedaan van de eerste fusie van sterrenstelsels ooit. Ze suggereren dat sterren sneller en efficiënter evolueerden dan we dachten.

Ze gebruikten de James Webb Space Telescope (JWST) om het massieve object te observeren zoals het 510 miljoen jaar na de oerknal bestond – ongeveer 13 miljard jaar geleden.

“Toen we deze waarnemingen deden, was dit sterrenstelsel tien keer groter dan enig ander sterrenstelsel dat in het vroege heelal werd ontdekt”, zegt dr. Kit Boyett, ASTRO 3D Research Fellow in Early Galaxies, van de Universiteit van Melbourne. Hij is de hoofdauteur van een artikel dat onlangs is gepubliceerd in Natuur astronomie. Het artikel omvat 27 auteurs van 19 instellingen in Australië, Thailand, Italië, de VS, Japan, Denemarken en China.

De James Webb Space Telescope, gelanceerd in 2021, stelt astronomen in staat het vroege universum te bekijken op manieren die voorheen onmogelijk waren. Objecten die door eerdere telescopen als afzonderlijke lichtpunten verschenen, b.v Hubble-ruimtetelescooponthult de complexiteit ervan.

De James Webb-ruimtetelescoop toont details van een enorme fusie van sterrenstelsels 13 miljard jaar geleden. Krediet: Astro3D

“Het is verbazingwekkend om te zien hoe krachtig de James Webb-ruimtetelescoop is in het verschaffen van een gedetailleerd beeld van sterrenstelsels aan de rand van het waarneembare heelal, en daarmee teruggaan in de tijd”, zegt professor Michel Trinity, ASTRO 3D First Galaxies-onderwerpleider en contractleider leider aan de Universiteit van Melbourne. Professor Trinity voegt hieraan toe: “Dit ruimteobservatorium verandert ons begrip van de vroege vorming van sterrenstelsels.”

De waarnemingen in het huidige artikel tonen een sterrenstelsel dat bestaat uit verschillende clusters met twee componenten in de hoofdcluster en een lange staart, wat wijst op een voortdurende samensmelting van twee sterrenstelsels tot een groter sterrenstelsel.

“De fusie is nog niet voorbij. Dat kunnen we zien aan het feit dat we nog steeds twee objecten kunnen zien. De lange staart is waarschijnlijk het gevolg van het feit dat er materiaal opzij wordt gegooid tijdens het samenvoegingsproces. Wanneer twee objecten samensmelten, verdwijnen ze Er is iets aan de hand”, zegt Dr. Boyett. “Dit vertelt ons dat er sprake is van een fusie en dat dit de verste fusie ooit is.”

Deze en andere waarnemingen met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop zijn voor astrofysici aanleiding om hun modellen van de beginjaren van het universum te herzien.

“Met James Webb zien we meer objecten in het vroege heelal dan we verwachten, en deze objecten zijn ook massiever dan we dachten”, zegt Dr. Boyett. “Onze kosmologie is niet noodzakelijkerwijs verkeerd, maar ons begrip van hoe snel sterrenstelsels ontstaan ​​kan wel zijn, omdat ze groter zijn dan we voor mogelijk hielden.”

Andere oude sterrenstelsels. Krediet: Astro3D

De bevindingen van het team van Dr. Boyett laten zien dat deze sterrenstelsels door samensmelting zeer snel massa konden accumuleren.

Maar het zijn niet alleen de grootte van de sterrenstelsels en de snelheid waarmee ze groeien die Dr. Boyett verrasten. Zijn artikel beschrijft voor het eerst het aantal sterren waaruit de samensmeltende sterrenstelsels bestaan, een ander detail dat mogelijk is gemaakt door de James Webb Space Telescope.

“Toen we onze spectroscopische analyse vergeleken met onze beeldvorming, ontdekten we twee dingen die verschillend waren. Het beeld vertelde ons dat het aantal sterren klein was, maar de spectroscopie sprak over zeer oude sterren. Maar het blijkt dat beide waar zijn,” zegt Boyett. Omdat we niet één groep sterren hebben, maar twee.”

“De oude bewoners bestaan ​​daar al heel lang en wat wij denken dat er gebeurt is dat het samensmelten van sterrenstelsels nieuwe sterren voortbrengt en dat is wat we op de beelden zien: nieuwe sterren bovenop de oude bewoners.”

De meeste onderzoeken naar deze verre objecten tonen zeer jonge sterren, maar dit komt doordat jongere sterren helderder zijn en hun licht de beeldgegevens domineert. De James Webb-ruimtetelescoop maakt echter zulke gedetailleerde waarnemingen mogelijk dat de twee groepen kunnen worden onderscheiden.

“Feit is dat spectroscopie zo gedetailleerd is dat we de subtiele kenmerken van oude sterren kunnen zien die ons feitelijk vertellen dat er meer is dan we denken”, zegt dr. Boyett.

“Dit is niet geheel verrassend, omdat we weten dat er in de geschiedenis van het universum om verschillende redenen pieken in de vorming van nieuwe sterren zijn geweest, en dit leidt tot meerdere populaties.

“Maar dit is de eerste keer dat we ze echt op deze afstand zien.”

Het artikel heeft grote implicaties voor de huidige modellering.

“Onze simulaties zouden een object kunnen produceren dat lijkt op het object dat we hebben waargenomen, ongeveer even oud als het universum, en met ongeveer dezelfde massa. Het is echter uiterst zeldzaam. Zeer zeldzaam, er is er maar één in het hele model.” De kans om te observeren “Onze waarnemingen suggereren dat we ofwel veel geluk hebben, ofwel dat onze simulaties verkeerd zijn, en dit soort dingen komen vaker voor dan we denken.”

“Wat we denken te missen is dat sterren zich efficiënter vormden, en dat is misschien wat we in onze modellen moeten veranderen.”

Referentie: “Een enorm interactief sterrenstelsel 510 miljoen jaar na de oerknal” door Kristan Boyett, Michele Trinti, Nisha Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts Borsani, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Trio, Tucker Jones. Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themia Nanayakkara, Namrata Roy, Chen Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradac, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glezbrook, Laura Pinterici. , Eros Vanzella en Benedetta Vulcani, 7 maart 2024, Natuur astronomie.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7