Een week later vonden astronomen een sterrenstelsel dieper in de tijd

De gegevens van de Webb Space Telescope zijn pas de afgelopen weken in handen gekomen van astronomen, maar ze wachten hier al jaren op en het lijkt erop dat de analyses klaar zijn. Het resultaat was als een race terug in de tijd, toen nieuwe ontdekkingen objecten vonden die veel dichter bij de oerknal stonden die ons universum voortbracht. vorige week, Een van deze zoekopdrachten Een sterrenstelsel dat bestond, verscheen minder dan 400 miljoen jaar na de oerknal. Deze week onthulde een nieuwe analyse een sterrenstelsel dat slechts 233 miljoen jaar na het ontstaan ​​van het universum verscheen.

Deze ontdekking is een gelukkig bijproduct van werk dat is ontworpen om een ​​meer algemene vraag te beantwoorden: hoeveel sterrenstelsels kunnen we verwachten op verschillende tijdstippen na de oerknal?

Terug in de tijd

Zoals we vorige week meldden, was het vroege heelal ondoorzichtig voor licht op alle golflengten die meer energie bevatten dan nodig is om waterstof te ioniseren. Deze energie bevindt zich in het ultraviolette deel van het spectrum, maar de roodverschuiving veroorzaakt door de 13 miljard jaar expansie van het heelal heeft dit grenspunt verschoven naar het infrarode deel van het spectrum. Om sterrenstelsels uit deze tijd te vinden, moeten we op zoek naar objecten die niet zichtbaar zijn bij kortere infraroodgolflengten (wat betekent dat het licht ooit boven het waterstofgrenspunt was), maar verschijnen in golflengten met lagere energie.

Hoe dieper de grens tussen het onzichtbare en het zichtbare in infrarood, hoe sterker de roodverschuiving en hoe verder weg het object. Hoe verder weg een object is, hoe dichter de tijd bij de oerknal is.

Studies van deze sterrenstelsels kunnen ons iets vertellen over hun individuele eigenschappen. Maar het identificeren van een grote groep vroege sterrenstelsels kan ons helpen te bepalen hoe snel ze zijn gevormd en eventuele veranderingen in galactische dynamiek te identificeren die zich op een specifiek tijdstip in het verleden van het universum hebben voorgedaan. Deze verandering in de frequentie van zichtbare objecten in de loop van de tijd wordt de ‘helderheidsfunctie’ genoemd, en er is enig werk verricht om de helderheidsfunctie van vroege sterrenstelsels te beschrijven. Maar de infrarode golflengten van de eerste sterrenstelsels worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde en moeten daarom vanuit de ruimte worden afgebeeld. Dit was een van de ontwerpdoelen van de Webb Telescope.

Het nieuwe werk was gericht op het onderzoeken van de helderheidsfunctie van sterrenstelsels die kort (astronomisch gesproken) na de oerknal zijn gevormd. Maar bij het maken van een catalogus van vroege sterrenstelsels ontdekten onderzoekers wat het oudste sterrenstelsel lijkt te zijn dat ooit is gefotografeerd.

Taakselectie

De onderzoekers gebruikten twee gegevensbronnen om het uiterlijk van sterrenstelsels op verschillende tijdstippen te reconstrueren. Een daarvan is gemaakt door analyse van werk gedaan met een infraroodtelescoop (ESA’s telescoop uitzicht) en de Spitzer Space Telescope, die beide sterrenstelsels in beeld brachten die relatief ouder waren toen ze het licht produceerden dat nu de aarde bereikt – ongeveer 600 miljoen jaar of meer na de oerknal. Andere embedded data gegenereerd door Webb, inclusief de datasets geanalyseerd in de paper Meld ons En het gebied werd gefilmd in De eerste publieke afbeeldingsrelease. In alle gevallen zochten de onderzoekers naar hetzelfde: dingen die wel aanwezig waren op de langere infrarode golflengten, maar afwezig op de kortere.

In totaal identificeerde het team 55 verre sterrenstelsels, waarvan 44 nog niet eerder waren waargenomen. Negenendertig daarvan zijn afkomstig van webgegevens, en dat aantal omvat de twee oude sterrenstelsels die vorige week zijn geïdentificeerd. De cijfers zijn niet bijzonder nauwkeurig voor hogere roodverschuivingen, omdat ze gebaseerd zijn op slechts één of twee sterrenstelsels. Maar over het algemeen is de trend een geleidelijke afname van zichtbare objecten binnen een paar honderd miljoen jaar na de oerknal, zonder scherpe veranderingen of insnijdingen.

Maar het verbazingwekkende is dat er gegevens zijn voor een sterrenstelsel met een zeer grote roodverschuiving (z = 16,7, voor degenen die dit begrijpen). Dit plaatst het op minder dan 250 miljoen jaar na de oerknal. Deze afstand hangt gedeeltelijk af van het feit dat het eerste golflengtefilter waarin het object lijkt daar erg ondoorzichtig te zijn, wat aangeeft dat het zwak is bij de golflengten die het filter toelaat. Dit geeft aan dat de door waterstof geïnduceerde lichtafsnijding zich nabij de rand van de filterband bevindt.

Net als de verre sterrenstelsels die vorige week zijn beschreven, lijkt het ook het equivalent te hebben van een miljard zonnen aan materiaal in de vorm van sterren. Onderzoekers schatten dat het misschien 120 miljoen jaar na de oerknal is begonnen met het vormen van sterren, en zeker 220 miljoen jaar geleden.

De onderzoekers zijn er vrij zeker van dat dit nieuwe sterrenstelsel een echte ontdekking is: “Na uitgebreid onderzoek kunnen we momenteel geen redelijke verklaring voor dit object vinden, behalve een nieuw roodverschuivingsstelsel.” En door een tweede, onafhankelijke bevestiging van eerdere ontdekkingen van sterrenstelsels toe te voegen, vergroot het ons vertrouwen in die ontdekkingen enorm. Dit alles suggereert dat de nieuwe telescoop beloften waarmaakt, althans in termen van vroege sterrenstelsels.

De grote vraag is nu wat er zal verschijnen als ze worden gericht op gebieden met hoge lenzen, die mogelijk kunnen inzoomen op objecten tot een punt waarop we de structuren in deze vroege sterrenstelsels kunnen afbeelden. We hebben dat waarschijnlijk al gedaan, maar we zullen moeten wachten tot de beschrijvingen in het arXiv-bestand verschijnen.

arXiv-bestand. Samenvatting nummer: 2207.12356 (Over arXiv).