Dankzij de ongekende kracht van de James Webb-ruimtetelescoop kan hij verder terugkijken in ruimte en tijd dan ooit tevoren - en daarbij worden enkele raadselachtige sterrenstelsels onthuld die te geavanceerd lijken voor hun leeftijd. Nu hebben astronomen een nieuwe verklaring voor hen bedacht – ‘starburst’-stelsels – die het standaardmodel van de kosmologie spaart.


Een artistieke kijk op ‘starburst’-stelsels in het vroege heelal/Aaron M. Geller, Northwestern University, CIERA+IT-RCD

Reizen door de ruimte is reizen door de tijd. Als astronomen bijvoorbeeld naar een ster op 100 lichtjaar afstand kijken, zien ze hem zoals hij er 100 jaar geleden uitzag, omdat het zo lang duurde voordat het licht ons bereikte. Dus als je het uitstrekt tot aan de uiterste rand van het waarneembare heelal, kun je feitelijk meer dan 12 miljard jaar geleden in het verleden kijken - een periode die bekend staat als de 'kosmische dageraad', toen de eerste sterren ontbrandden en vroege sterrenstelsels vormden.

De James Webb-telescoop was de eerste telescoop die krachtig genoeg was om zo ver in ruimte en tijd te kijken. Astronomen verwachtten 'protostelsels' te zien die zich nog steeds aan het vormen waren, maar tot hun verbazing leken de door de telescoop ontdekte sterrenstelsels behoorlijk geavanceerd en volwassen te zijn, vergelijkbaar met de huidige sterrenstelsels. En niet slechts één of twee uitschieters, maar tientallen. Dit is niet alleen raar, het heeft het potentieel om ons hele begrip van hoe sterrenstelsels ontstaan ​​op zijn kop te zetten, en kan zelfs het Standaardmodel van de Kosmologie zelf in twijfel trekken.

Dus in de nieuwe studie gebruikte een team van astrofysici onder leiding van de Northwestern University krachtige computersimulaties om andere ideeën te onderzoeken. Daarbij ontdekten ze de mogelijkheid om een ​​signaal te produceren dat overeenkwam met de waarnemingen van James Webb.

De eenvoudigste manier om de massa en grootte van een sterrenstelsel te schatten, vooral vanaf grote afstanden, is door naar de helderheid ervan te kijken, wat Webb deed voor de vroege ontdekte sterrenstelsels. Maar de simulaties van het team laten zien dat sterrenstelsels aan het begin van het heelal dezelfde helderheidsniveaus konden bereiken met een veel lagere massa. Het enige wat ze hoefden te doen was een periode van snelle stervorming doormaken, wat precies is wat de gesimuleerde sterrenstelsels zelf deden.

Sun Guochao, hoofdauteur van de studie, zei: ‘De sleutel is om in korte tijd voldoende licht in een systeem te reproduceren. Dit gebeurt omdat het systeem erg massief is, of omdat het de mogelijkheid heeft om snel grote hoeveelheden licht te produceren. In het laatste geval heeft het systeem niet zoveel massa nodig. Als de stervorming in een uitbarsting plaatsvindt, zal het een flits uitzenden. Daarom zien we verschillende zeer heldere sterrenstelsels.’

Moderne sterrenstelsels zoals de Melkweg hebben de neiging om in de loop van de tijd een gestage stervorming te vertonen, maar simulaties suggereren dat vroege sterrenstelsels met een lagere massa eerder een ‘starburst’-fase zullen ondergaan, gevolgd door een relatief rustige periode totdat deze oudere sterren afsterven en de vorming van de volgende generatie sterren in een nieuwe starburst-periode voeden.

‘Het meeste licht in een sterrenstelsel komt van de zwaarste sterren’, zegt Claude-André Faucher-Giguère, senior auteur van het onderzoek. ‘Omdat massievere sterren sneller verbranden, leven ze korter. Ze verbruiken snel hun brandstof bij kernreacties. Daarom is de helderheid van een sterrenstelsel directer gerelateerd aan het aantal sterren dat het de afgelopen paar miljoen jaar heeft gevormd dan aan de massa van het hele sterrenstelsel.’

Het feit dat een simulatie mogelijk is, betekent natuurlijk niet dat het echte universum er ook zo uitziet. Met behulp van andere technieken om de massa van deze sterrenstelsels te meten, zouden vervolgwaarnemingen met de Webb-telescoop de starburst-hypothese kunnen helpen bevestigen en verlichting kunnen brengen in het standaardmodel van de kosmologie. Hoe zou de vorming van starbursts immers de opkomst van andere structuren van hogere orde, zoals balkstelsels, eerder kunnen verklaren dan nodig was?

Het onderzoek werd gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters.