Net als vuurvliegjes die 'dansen' op een warme zomeravond, verschijnen er 10 verschillende sterrenclusters in waarnemingen van NASA's James Webb Space Telescope. Ze worden vastgehouden in een cocon van diffuus licht dat wordt uitgezonden door andere sterren die om hen heen zijn verspreid. Dit sterrenstelsel, dat bekend staat als Firefly Sparkle, kreeg ongeveer 600 miljoen jaar na de oerknal vorm. Onderzoekers die de beelden en gegevens van Webb gebruikten, concludeerden dat de Firefly Sparkle dezelfde massa had als ons Melkwegstelsel zou hebben als we de tijd konden “terugdraaien” om het te wegen toen het in elkaar stak.
Hoe is deze analyse mogelijk? Een natuurlijk effect dat bekend staat als gravitationele lensing, waardoor onderzoekers kunnen “inzoomen” op extreem verre objecten die perfect op één lijn staan met het beeld van Webb. In combinatie met de nabij-infrarood beelden en gegevens van de telescoop, kunnen astronomen verre objecten tot in verbazingwekkend detail bestuderen.
NASA's James Webb Space Telescope heeft voor het eerst een sterrenstelsel ontdekt en “gewogen” dat niet alleen ongeveer 600 miljoen jaar na de oerknal bestond, maar ook vergelijkbaar is met de massa van ons Melkwegstelsel in dezelfde ontwikkelingsfase. Andere sterrenstelsels die Webb in deze periode heeft ontdekt, zijn aanzienlijk zwaarder. Dit sterrenstelsel, dat de bijnaam Firefly Sparkle heeft gekregen, schittert door de sterrenhopen, 10 in totaal, die de onderzoekers stuk voor stuk tot in detail hebben onderzocht. “Ik had niet gedacht dat het mogelijk zou zijn om een sterrenstelsel dat zo vroeg in het heelal bestond in zoveel verschillende componenten op te splitsen, laat staan te ontdekken dat de massa vergelijkbaar is met die van ons eigen sterrenstelsel toen het zich aan het vormen was”, zegt Lamiya Mowla, co-hoofdauteur van het artikel en assistent-professor aan het Wellesley College in Massachusetts. “Er gebeurt zoveel in dit kleine sterrenstelsel, waaronder zoveel verschillende fasen van stervorming.”
Webb kon het sterrenstelsel om twee redenen haarscherp in beeld brengen. De eerste is een voordeel van de kosmos: Een enorme cluster van sterrenstelsels op de voorgrond versterkte het uiterlijk van het verre sterrenstelsel radicaal door een natuurlijk effect dat zwaartekrachtlensing wordt genoemd. En in combinatie met de specialisatie van de telescoop in infrarood licht met hoge resolutie, leverde Webb ongekende nieuwe gegevens over de inhoud van het sterrenstelsel. “Zonder het voordeel van deze zwaartekrachtlens zouden we dit sterrenstelsel niet kunnen oplossen”, aldus Kartheik Iyer, co-hoofdauteur en NASA Hubble Fellow aan de Columbia University in New York. “We wisten dat we het konden verwachten op basis van de huidige fysica, maar het is verrassend dat we het ook echt zagen.” Mowla, die het sterrenstelsel op Webb's foto zag, werd aangetrokken door de glimmende sterrenhopen, omdat objecten die glinsteren meestal aangeven dat ze extreem klonterig en gecompliceerd zijn. Omdat het sterrenstelsel eruitziet als een “fonkeling” of een zwerm bliksemschichten op een warme zomernacht, noemden ze het het Firefly Sparkle-stelsel.
Het uiterlijk van het sterrenstelsel reconstrueren
Het onderzoeksteam modelleerde hoe het sterrenstelsel eruit zou hebben gezien als het niet uitgerekt was en ontdekte dat het leek op een langgerekte regendruppel. Daarbinnen zweven twee sterrenhopen aan de bovenkant en acht aan de onderkant. “Onze reconstructie laat zien dat clusters van actief vormende sterren worden omringd door diffuus licht van andere onopgeloste sterren,” zei Iyer. “Dit sterrenstelsel is letterlijk aan het assembleren.” De gegevens van Webb laten zien dat het Firefly Sparkle sterrenstelsel aan de kleine kant is en in de categorie van een laag-massa sterrenstelsel valt. Het zal nog miljarden jaren duren voordat het zijn volle gewicht en een duidelijke vorm heeft. “De meeste andere sterrenstelsels die Webb ons heeft laten zien, zijn niet uitvergroot of uitgerekt en we zijn niet in staat om hun 'bouwstenen' afzonderlijk te zien. Met Firefly Sparkle zijn we getuige van een sterrenstelsel dat steen voor steen in elkaar wordt gezet,” aldus Mowla.
Uitgerukt en glanzend, klaar voor nadere analyse
Omdat het sterrenstelsel is vervormd tot een lange boog, konden de onderzoekers gemakkelijk 10 afzonderlijke sterrenclusters onderscheiden, die het grootste deel van het licht van het sterrenstelsel uitzenden. Ze worden hier weergegeven in roze, paarse en blauwe tinten. Deze kleuren in de beelden van Webb en de ondersteunende spectra bevestigen dat de stervorming in dit sterrenstelsel niet in één keer plaatsvond, maar gespreid in de tijd. “Dit sterrenstelsel heeft een gevarieerde populatie van sterrenclusters en het is opmerkelijk dat we ze afzonderlijk kunnen zien op zo'n vroege leeftijd in het heelal,” zei Chris Willott van het Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre van de National Research Council of Canada, co-auteur en hoofdonderzoeker van het observatieprogramma. “Elke klomp sterren ondergaat een andere fase van vorming of evolutie.” De geprojecteerde vorm van het sterrenstelsel laat zien dat de sterren zich niet hebben gevestigd in een centrale uitstulping of een dunne, afgeplatte schijf, nog een bewijs dat het sterrenstelsel zich nog aan het vormen is.
'Gloeiende' begeleiders
Onderzoekers kunnen niet voorspellen hoe dit ongeorganiseerde sterrenstelsel zich in de loop van miljarden jaren zal ontwikkelen en vorm zal aannemen, maar het team heeft bevestigd dat er twee sterrenstelsels “rondhangen” in een nauwe omtrek en invloed kunnen hebben op de massaopbouw in de loop van miljarden jaren. Firefly Sparkle is slechts 6.500 lichtjaar van zijn eerste begeleider verwijderd en zijn tweede begeleider is 42.000 lichtjaar van hem verwijderd. Ter vergelijking: de volledige Melkweg is ongeveer 100.000 lichtjaar in doorsnee - ze zouden er alle drie in passen. De onderzoekers denken niet alleen dat de begeleiders heel dichtbij zijn, maar ook dat ze om elkaar heen draaien.
Elke keer dat een sterrenstelsel een ander stelsel passeert, condenseert en koelt het gas af, waardoor nieuwe sterren zich in klonters kunnen vormen en de massa van de sterrenstelsels toeneemt. “Er is lang voorspeld dat sterrenstelsels in het vroege heelal zich vormen door opeenvolgende interacties en samensmeltingen met andere, kleinere sterrenstelsels”, zegt Yoshihisa Asada, co-auteur en promovendus aan de Kyoto Universiteit in Japan. “Mogelijk zijn we getuige van dit proces in actie.” Het onderzoek van het team is gebaseerd op gegevens van Webb's CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), die bestaat uit nabij-infraroodbeelden van NIRCam (Near-Infrared Camera) en spectra van de microshutter array aan boord van NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). De CANUCS-gegevens bestreken met opzet een gebied dat NASA's Hubble-ruimtetelescoop in beeld heeft gebracht als onderdeel van zijn Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble (CLASH)-programma.
Bron: NASA
