Ons begrip van de vorming van sterrenstelsels en de aard van donkere materie zou wel eens volledig op zijn kop kunnen komen te staan na nieuwe waarnemingen van een stellaire populatie die groter is dan de Melkweg van meer dan 11 miljard jaar geleden en die niet zou mogen bestaan. Een artikel gepubliceerd in Nature beschrijft de bevindingen aan de hand van nieuwe gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST). Uit de resultaten blijkt dat een massief sterrenstelsel in het vroege heelal, waargenomen 11,5 miljard jaar geleden (een kosmische roodverschuiving van 3,2), een extreem oude populatie sterren heeft die veel eerder is gevormd, 1,5 miljard jaar eerder in de tijd (een roodverschuiving van ongeveer 11).
De waarneming zet de huidige modellering op zijn kop, omdat er niet genoeg donkere materie in voldoende concentraties is opgebouwd om de vorming van deze sterren mogelijk te maken. Distinguished Professor Karl Glazebrook van de Swinburne University of Technology leidde het onderzoek en het internationale team dat de JWST gebruikte voor spectroscopische observaties van dit enorme stille sterrenstelsel. "We hebben dit specifieke sterrenstelsel zeven jaar lang gevolgd en urenlang geobserveerd met de twee grootste telescopen ter wereld om erachter te komen hoe oud het was. Maar het was te rood en te zwak, en we konden het niet meten. Uiteindelijk moesten we van de aarde af en de JWST gebruiken om de aard ervan te bevestigen."
De vorming van sterrenstelsels is een fundamenteel paradigma dat ten grondslag ligt aan de moderne astrofysica en voorspelt een sterke afname van het aantal massieve sterrenstelsels in de vroege kosmische tijd. Extreem massieve stille sterrenstelsels zijn nu al één tot twee miljard jaar na de oerknal waargenomen, wat eerdere theoretische modellen op losse schroeven zet. Professor Glazebrook werkte samen met vooraanstaande onderzoekers over de hele wereld, waaronder Dr Themiya Nanayakkara, Dr Lalitwadee Kawinwanichakij, Dr Colin Jacobs, Dr Harry Chittenden, Associate Professor Glenn G Kacprzak en Associate Professor Ivo Labbe van Swinburne's Centre for Astrophysics and Supercomputing.
"Dit was echt een teamprestatie, van de infrarode hemelverkenningen die we in 2010 begonnen en die ertoe leidden dat we dit sterrenstelsel als ongewoon identificeerden, tot onze vele uren op de Keck en Very Large Telescope waar we het probeerden, maar er niet in slaagden om het te bevestigen, tot uiteindelijk het laatste jaar waarin we enorm veel moeite deden om uit te zoeken hoe we de JWST-gegevens konden verwerken en dit spectrum konden analyseren." Dr. Themiya Nanayakkara, die de spectrale analyse van de JWST-gegevens leidde, zegt: "We gaan nu verder dan wat mogelijk was om de oudste massieve monsters die diep in het heelal bestaan te bevestigen."
"Dit verlegt de grenzen van ons huidige begrip van hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren. De hamvraag is nu hoe ze zich zo vroeg in het heelal zo snel vormen en welke mysterieuze mechanismen ervoor zorgen dat ze geen sterren meer vormen wanneer de rest van het heelal dat wel doet." Universitair hoofddocent Claudia Lagos van het knooppunt van de University of Western Australia van het International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) was cruciaal bij het ontwikkelen van de theoretische modellering van de evolutie van donkere materieconcentraties voor het onderzoek.
"De vorming van sterrenstelsels wordt voor een groot deel bepaald door hoe donkere materie zich concentreert," zegt ze. "Het feit dat deze extreem massieve sterrenstelsels zo vroeg in het heelal voorkomen, stelt ons standaardmodel voor kosmologie voor grote uitdagingen. Dit komt omdat we denken dat zulke massieve donkere materie-structuren als gastheer voor deze massieve sterrenstelsels nog geen tijd hebben gehad om zich te vormen. Er zijn meer waarnemingen nodig om te begrijpen hoe vaak deze sterrenstelsels voorkomen en om ons te helpen begrijpen hoe massief deze stelsels werkelijk zijn."
Professor Glazebrook hoopt dat dit een nieuwe opening kan zijn voor ons begrip van de fysica van donkere materie. "JWST heeft steeds meer bewijs gevonden voor de vorming van massieve sterrenstelsels vroeg in de tijd. Dit resultaat is een nieuw record voor dit fenomeen. Hoewel het erg opvallend is, is het maar één object. Maar we hopen er meer te vinden; en als dat zo is, zal dit onze ideeën over de vorming van sterrenstelsels echt op zijn kop zetten."
Bron: Swinburne University of Technology
