De James Webb Space Telescope (JWST) heeft een sterrenstelsel blootgelegd dat niet zou moeten bestaan – althans, nog niet. Diep in het vroege heelal hebben astronomen een enorm, eeuwenoud ogend sterrenstelsel geïdentificeerd dat de ordelijke rotatie ontbeert die in de meeste kosmische structuren van zijn tijd te zien is. Deze ontdekking stelt ons begrip van hoe sterrenstelsels evolueren op de proef, wat erop wijst dat sommige kosmische systemen veel sneller volwassen zijn geworden dan de huidige theorieën voorspellen.
De onverwachte ontdekking
In het moderne universum vallen sterrenstelsels over het algemeen in twee categorieën: snelle rotators, die draaien als vuurraderen (zoals onze Melkweg), en langzame rotators, waar sterren in chaotische, willekeurige richtingen bewegen. Langzame rotators zijn typisch het eindstadiumproduct van de evolutie van sterrenstelsels. Ze ontstaan na miljarden jaren van fusies en zwaartekrachtinteracties en verschijnen meestal alleen in volwassen, lokale clusters van sterrenstelsels.
JWST-waarnemingen hebben echter XMM-VID1-2075 onthuld, een enorm sterrenstelsel met een roodverschuiving van z = 3,449. Dit betekent dat we het universum zien zoals het ongeveer 12 miljard jaar geleden bestond, toen het heelal minder dan 2 miljard jaar oud was.
Ondanks zijn jeugd vertoont de XMM-VID1-2075 de kenmerken van een “langzame rotator”:
* Het toont geen significante algehele rotatie.
* De sterren vertonen chaotische, willekeurige bewegingen.
* Het vormt geen nieuwe sterren meer, wat erop wijst dat het al ‘dood’ of uitgedoofd is.
“Dat zie je alleen in de meest massieve, volwassen sterrenstelsels die dichter bij ons staan in ruimte en tijd”, zegt Dr. Ben Forrest van de Universiteit van Californië, Davis. “Vooral deze vertoonde geen enkel bewijs van rotatie, wat verrassend en zeer interessant was.”
Waarom dit belangrijk is
Standaard kosmologische modellen suggereren dat sterrenstelsels tijdens hun vorming een impulsmoment krijgen door het binnenstromende gas en de zwaartekracht, waardoor ze gaan draaien. Om een langzame rotator te worden, moet een sterrenstelsel over een periode van miljarden jaren doorgaans meerdere fusies ondergaan. Deze botsingen verstoren de ordelijke rotatie en veranderen deze in een chaotische beweging van de sterren.
Het vinden van een sterrenstelsel met deze chaotische structuur zo vroeg in de kosmische geschiedenis roept een kritische vraag op: Hoe bereikte het zo snel zo’n volwassen staat?
De ontdekking impliceert dat de tijdlijn voor de evolutie van sterrenstelsels in bepaalde omgevingen kan worden gecomprimeerd, of dat alternatieve mechanismen voor het creëren van chaos aan het werk zijn. Het suggereert dat het vroege heelal veel eerder in staat was om complexe, dynamisch hete systemen te produceren dan eerder werd gedacht.
Een bijzondere botsing?
Dr. Forrest en zijn team, onderdeel van het MAGAZ3NE -onderzoek (Massive Ancient Galaxies at z >3 NEar-Infrared), gebruikten de hoge-resolutiemogelijkheden van JWST om de interne kinematica van XMM-VID1-2075 en twee soortgelijke sterrenstelsels te analyseren. Terwijl een van de vergelijkingsstelsels normaal draaide en een ander ‘rommelig’ was, viel XMM-VID1-2075 op als een echte langzame rotator.
Het team stelt een specifiek mechanisme voor deze snelle transformatie voor: een enkele grote botsing in plaats van een reeks kleine fusies.
- De hypothese: Twee sterrenstelsels kwamen met elkaar in botsing terwijl ze in bijna tegengestelde richtingen draaiden.
- Het resultaat: Hun tegengestelde hoekmomenten heffen elkaar op, waardoor een systeem ontstaat met veel willekeurige beweging maar weinig netto rotatie.
- Het bewijs: JWST heeft een grote overmaat aan licht aan de zijkant van de Melkweg gedetecteerd, wat erop wijst dat er een recente interactie is geweest met een ander object die de dynamiek ervan heeft verstoord.
De grenzen van observatie verleggen
Het bestuderen van de interne beweging van verre sterrenstelsels is historisch gezien vrijwel onmogelijk geweest. Van observatoria op aarde zoals de W.M. Keck Observatory lijken deze objecten uit het vroege universum te klein en zwak om in detail op te lossen. Eerdere waarnemingen bevestigden de massa van XMM-VID1-2075 (meerdere keren die van de Melkweg ), maar konden de rotatiestatus ervan niet bepalen.
De infraroodgevoeligheid en resolutie van JWST hebben het spel veranderd. Zoals Dr. Forrest opmerkte: hoewel zulke kinematische studies routine zijn voor nabijgelegen sterrenstelsels, worden ze nu haalbaar voor doelen met een hoge roodverschuiving, waardoor astronomen de dynamische geschiedenis van de eerste structuren van het universum kunnen onderzoeken.
Conclusie
De ontdekking van XMM-VID1-2075 dwingt tot een herevaluatie van de tijdlijnen van de vorming van sterrenstelsels. Het toont aan dat massieve sterrenstelsels binnen de eerste miljard jaar van het universum een uitgedoofde, chaotische toestand kunnen bereiken, waarschijnlijk veroorzaakt door gewelddadige, enkelvoudige botsingen in plaats van door geleidelijke evolutie. Deze bevinding, gepubliceerd in Nature Astronomy, benadrukt de rol van JWST bij het blootleggen van de onverwachte complexiteiten van de vroege kosmos.
