Astronomen die gebruik maken van de James Webb Space Telescope (JWST) en de Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) hebben 70 oude, stoffige sterrenstelsels ontdekt die verrassend vroeg in de geschiedenis van het universum zijn ontstaan. Deze sterrenstelsels, waargenomen zoals ze minder dan een miljard jaar na de oerknal bestonden, bevatten onverwacht hoge niveaus van zware elementen (“metalen”) – waardoor de huidige modellen van galactische evolutie op de proef worden gesteld.
Onverwachte metaalrijkdom
De huidige kosmologische modellen voorspellen dat zware elementen zo vroeg in het heelal niet in zo’n overvloed aanwezig hadden mogen zijn. Sterren smeden deze zwaardere elementen door middel van kernfusie, en de eerste generaties sterren zouden naar verwachting relatief metaalarm zijn. Deze nieuw ontdekte sterrenstelsels waren echter al rijk aan metalen, wat impliceert dat de stervorming eerder en efficiënter begon dan eerder werd gedacht.
Volgens Jorge Zavala van de Universiteit van Massachusetts Amherst: “Stoffige sterrenstelsels zijn enorme sterrenstelsels met grote hoeveelheden metalen en kosmisch stof… En deze sterrenstelsels zijn erg oud, wat betekent dat er in het vroege heelal sterren werden gevormd, eerder dan onze huidige modellen voorspellen.”
Hoe de ontdekking gebeurde
Het onderzoek begon toen ALMA een populatie van 400 heldere, stoffige sterrenstelsels identificeerde. Daaropvolgende JWST-waarnemingen hebben deze lijst teruggebracht tot zeventig zwakke kandidaten aan de rand van het waarneembare universum – waarvan er vele nog nooit eerder zijn gezien. Door gegevens van beide telescopen te combineren, bevestigden astronomen dat deze sterrenstelsels al 500 miljoen jaar na de oerknal ontstonden. Deze tijdlijn dwingt tot een herbeoordeling van hoe snel galactische structuren zich ontwikkelden na de geboorte van het universum.
De punten verbinden
Deze oude sterrenstelsels lijken verbonden te zijn met twee andere eerder ontdekte soorten sterrenstelsels: extreem heldere, stervormende sterrenstelsels en oudere, ‘rustige’ sterrenstelsels die geen sterren meer produceren. Zavala vergelijkt dit met het maken van ‘momentopnamen van de levenscyclus van deze zeldzame sterrenstelsels’. De heldere sterrenstelsels vertegenwoordigen de jeugd, de rustende sterrenstelsels vertegenwoordigen de ouderdom, en de nieuw ontdekte stoffige sterrenstelsels vullen deze leemte op als jonge volwassenen.
Dit verband suggereert dat ons begrip van de galactische evolutie onvolledig is. Als deze drie populaties inderdaad verwant zijn, moet de stervorming eerder zijn begonnen en sneller verlopen dan de bestaande theorieën toestaan.
Er is meer onderzoek nodig om deze verbanden te consolideren, maar het huidige bewijs impliceert dat onze kosmische tijdlijn moet worden herzien. De ontdekking van deze vroege, metaalrijke sterrenstelsels roept fundamentele vragen op over de manier waarop sterren ontstonden en hoe sterrenstelsels volwassen werden in de kinderschoenen van het universum.
