Een van de belangrijkste functies van de James Webb-ruimtetelescoop is het vinden van de vroegste sterrenstelsels en het uitbreiden van onze sterrenstelsels
Deze sterrenstelsels zijn veel verder wegdan alle eerder waargenomen objecten in het heelal. Wetenschappers schrijven over sterrenstelsels met roodverschuivingen van 12 naar 17. Maar er is een vlieg in de zalf in deze viering van wetenschappelijke triomf: sommige onderzoekers geloven dat de leeftijd van objecten kan worden vervormd en dat de resultaten zorgvuldige verificatie vereisen.
Welk sterrenstelsel is het verst verwijderd?
Voorafgaand aan de lancering van de James Webb Space Telescope inlange tijd was het verste bevestigde sterrenstelsel GN-z11. Het werd in 2016 ontdekt met behulp van de Hubble-telescoop. Het is ongeveer 25 keer kleiner dan de Melkweg en is ongeveer 1% van zijn massa. Tegelijkertijd verliep de stervorming daarin 20 keer actiever.
GN-z11 bevindt zich in het sterrenbeeld Grote Beer,en astrofysici schatten de roodverschuiving op 11,1. Dit betekent dat we het nu zien zoals het 13,4 miljard jaar geleden was – slechts 400 jaar na de oerknal. Terwijl het heelal voortdurend uitdijt, bewegen sterrenstelsels in de ruimte zich van elkaar af. Daarom is de juiste afstand tot GN-z11 ongeveer 32 miljard lichtjaar.
Nog voor de lancering van de nieuwe telescoop in het voorjaar van 2022astrofysici hebben de ontdekking aangekondigd van een nog verder verwijderde kandidaat, HD1. Het werd ontdekt met behulp van de Subaru Space Telescope en observaties van observatoria op de grond. Volgens spectroscopie is de roodverschuiving 13,27, wat overeenkomt met een afstand van 13,5 miljard lichtjaar. En de melkweg zelf is nu 33,4 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd.
Slechts een week na de publicatie van de eerste gegevensBij de James Webb Telescope kondigden onderzoekers van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de ontdekking aan van het GLASS-z13-sterrenstelsel, dat voorlopig roodverschoven is op 13. Dit is ongeveer 300 miljoen jaar na de oerknal. Een week later kwam er een bericht binnen over een sterrenstelsel met een roodverschuiving van 14 en zelfs 16,7. Als dit waar is, dan zien we deze sterrenstelsels zoals ze ongeveer 200 miljoen jaar na de oerknal bestonden.
Toegegeven, al deze resultaten zijn voorlopig: tot nu toe is geen van deze roodverschuivingswaarden bevestigd. Om de afstanden tot deze sterrenstelsels vast te stellen, is spectroscopische analyse vereist.
Galaxy GN-z11 zoals gezien door de Hubble Space Telescope.Afbeelding: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) en G. Illingworth (Universiteit van Californië, Santa Cruz)
Hoe worden nieuwe sterrenstelsels gevonden?
In hun werk gebruikten wetenschappers verschillende methoden.Astrofysici van de Universiteit van Missouri-Columbia gebruikten bijvoorbeeld het zwaartekrachtlenseffect dat werd gecreëerd door de massieve melkwegcluster SMACS J0723. Een massief object vervormt de beweging van licht, waardoor verre objecten worden vergroot, net als een normale optische telescooplens. Met behulp van deze methode hebben wetenschappers 88 kandidaat-sterrenstelsels gevonden met een roodverschuiving van minstens 11. Sommige van hen hebben volgens de onderzoekers een roodverschuiving tot 20.
Andere wetenschappers analyseerden afbeeldingen van verschillendedelen van de lucht waar het effect van zwaartekrachtlenzen niet werd gebruikt. Deze beelden maken deel uit van de Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS)-studie, die bestaat uit beelden van 10 verschillende delen van de hemel die zijn gemaakt door de nabij-infraroodcamera (NIRCam) van de telescoop.
Om de echte leeftijd van verre te bevestigenobjecten vereisen spectroscopische analyse, die het licht van het object in een spectrum splitst. Om dit te doen, zullen wetenschappers de Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) van de James Webb Telescope en het Mid-Infrared Instrument (MIRI) van de Space Telescope gebruiken.
Het effect van zwaartekrachtlenzen in het beeld van de cluster SMACS J0723. Afbeelding: NASA, ESA, CSA en STScI
Wat is roodverschuiving?
Bij de studie van het vroege heelal is de belangrijksteDe indicator die wetenschappers gebruiken is de roodverschuiving. Het helpt om te begrijpen hoe snel een object van ons af beweegt. Net zoals het signaal van een stoomlocomotief of schip lager klinkt als ze zich van de waarnemer verwijderen, verandert ook de lichtgolf van een terugwijkend object.
Het universum breidt zich voortdurend uit, wat betekent datverre sterrenstelsels bewegen zich weg van de aarde. Bij roodverschuiving vergroot elektromagnetische straling van een zich terugtrekkend object de golflengte. Dit betekent dat alle details van het spectrum naar het rode gebied verschuiven.
Hoe verder weg het sterrenstelsel, hoe eerder we het zienhoe meer zijn licht werd uitgerekt als gevolg van de uitdijing van het heelal. Als gevolg hiervan verschijnt het blauwe en ultraviolette licht van hete jonge sterren 13,5 miljard jaar later infrarood voor ons.
De James Webb-telescoop is uitgerust met gevoelige instrumenten die straling in verschillende delen van het infraroodbereik detecteren en daarom de straling van het vroege heelal kunnen opvangen.
Rode en blauwe verschuiving. Afbeelding: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Waarom kunnen de eerste resultaten verkeerd zijn?
Voorlopige studies zijn gebaseerd op:enkele waarnemingen en kunnen onnauwkeurig zijn. Bijvoorbeeld, stoffige stervormende sterrenstelsels die miljarden jaren na de oerknal bestonden, kunnen zich voordoen als recordbrekende verre sterrenstelsels. En bovendien kan het licht dat door sterrenstelsels wordt uitgestraald, worden vervormd door andere objecten.
Bijvoorbeeld, op basis van hoe roodHet CEERS-DSFG-1 sterrenstelsel verschijnt op de James Webb-telescoopbeelden, astronomen hebben de roodverschuiving bepaald van 17 naar 18. Dit betekent dat we het 220 miljoen jaar na de oerknal zien. Japanse astronomen gebruikten echter de NOEMA-submillimetertelescoop om hetzelfde sterrenstelsel te vinden en aan te tonen dat het een enorme hoeveelheid stof bevat.
Stof absorbeert kortere en blauwere golflengtensterrenlicht, waardoor langere en rodere worden doorgelaten. Dit betekent dat een dergelijk sterrenstelsel, wanneer het visueel wordt waargenomen vanaf de aarde, roder zal lijken. Na aanpassing van de waarnemingsresultaten om rekening te houden met de invloed van stof, toonden wetenschappers aan dat de echte roodverschuiving slechts ongeveer 5 is. Dit betekent dat het sterrenstelsel 1,3 miljard jaar na de oerknal zichtbaar is.
Galaxy CEERS-DSFG-1 in het beeld van de telescoop"James Webb" met daarop NOEMA-waarnemingen als contourlijnen. Aan de rechterkant ziet u hoe de kandidaat eruitziet wanneer hij door verschillende filters wordt bekeken: hij wordt niet weergegeven in filters met een kortere golflengte, maar wordt beter zichtbaar in rodere filters. Afbeelding: J. Zavala et al.
Onderzoekers kwamen tot vergelijkbare resultatenhet bestuderen van de kandidaat-melkweg CEERS-1749. Ze noemden hun ontdekking het Schrödinger-sterrenstelsel. Het punt is dat de roodverschuiving ervoor gelijk kan zijn aan 5 of 17. Als we het hebben over een afzonderlijk ver sterrenstelsel, dan is dit een van de meest verre bekende vergelijkbare systemen, en als het deel uitmaakt van een cluster, dan spreken weer over een miljard jaar na de oerknal. Alles zal duidelijk worden na nieuw onderzoek.
Ongeacht of ze zijn bevestigdverklaarde records, zullen nieuwe ontdekkingen een belangrijke bijdrage leveren aan het begrijpen van de ontwikkelingsprocessen van het vroege heelal. Zelfs "dichtbij" verre sterrenstelsels met een roodverschuiving van ongeveer 5 openen nieuwe gegevens.
Interstellair stof is een bijproduct van de cyclusde geboorte en dood van sterren. Om de roodverschuiving te beïnvloeden, moet er veel van dergelijk stof zijn. En dit betekent dat er in dergelijke sterrenstelsels extreem intensieve stervorming moet plaatsvinden. Eerder wisten wetenschappers niets van dergelijke processen.
Een groot aantal verre sterrenstelsels uit verschillende perioden van het leven van het heelal zal helpen te begrijpen hoe de eerste sterrenstelsels werden gevormd en ontwikkeld.
Lees verder:
"James Webb" stuurde een foto van de botsing van twee enorme sterrenstelsels
"Nutteloze" bacteriën op aarde zullen de kolonisten van Mars van leven voorzien
Op de piramide in China vond men een portret van de "koning der voorouders". Hij regeerde meer dan 4.000 jaar geleden