Het universum waarin we leven is transparant, waar het licht van sterren en sterrenstelsels helder schijnt tegen een heldere, donkere achtergrond. Maar dit was niet altijd het geval - in de beginjaren was het universum gevuld met een mist van waterstofatomen die het licht van de vroegste sterren en sterrenstelsels verduisterde.

Aangenomen wordt dat het intense ultraviolette licht van de eerste generaties sterren en sterrenstelsels door de waterstofmist is gebrand, waardoor het universum is getransformeerd in wat we nu zien. Terwijl eerdere generaties telescopen niet in staat waren om die vroege kosmische objecten te bestuderen, gebruiken astronomen nu de James Webb Space Telescope's superieure technologie om de sterren en sterrenstelsels te bestuderen die zich in de onmiddellijke nasleep van de oerknal hebben gevormd.

Ik ben een astronoom die de verste sterrenstelsels bestudeert in het universum met behulp van 's werelds meest vooraanstaande telescopen op de grond en in de ruimte. Met behulp van nieuwe waarnemingen van de Webb-telescoop en een fenomeen dat zwaartekrachtlensing wordt genoemd, heeft mijn team bevestigde het bestaan van het zwakste sterrenstelsel dat momenteel bekend is in het vroege heelal. Het sterrenstelsel, JD1 genaamd, wordt gezien zoals het was toen het universum nog maar 480 miljoen jaar oud was, of 4 procent van zijn huidige leeftijd.

Een korte geschiedenis van het vroege heelal

De eerste miljard jaar van het leven van het universum waren a cruciale periode in zijn ontwikkeling. In de eerste momenten na de oerknal waren materie en licht aan elkaar gebonden in een hete, dichte “soep” van fundamentele deeltjes.

Echter, een fractie van een seconde na de oerknal, het heelal enorm snel uitgebreid. Door deze uitdijing kon het heelal uiteindelijk voldoende afkoelen om licht en materie uit hun "soep" te scheiden en zo'n 380,000 jaar later waterstofatomen te vormen. De waterstofatomen verschenen als een intergalactische mist en zonder licht van sterren en sterrenstelsels was het universum donker. Deze periode staat bekend als de kosmische donkere middeleeuwen.

De komst van de eerste generaties sterren en sterrenstelsels enkele honderden miljoenen jaren na de oerknal dompelde het heelal onder in extreem heet UV-licht, dat verbrandde of ioniseerde de waterstofmist. Dit proces leverde het transparante, complexe en prachtige universum op dat we vandaag zien.

Astronomen zoals ik noemen de eerste miljard jaar van het universum - toen deze waterstofmist wegbrandde - de tijdperk van reïonisatie. Om deze tijdsperiode volledig te begrijpen, bestuderen we wanneer de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden, wat hun belangrijkste eigenschappen waren en of ze in staat waren om genoeg UV-licht te produceren om alle waterstof te verbranden.

De zoektocht naar zwakke sterrenstelsels in het vroege heelal

De eerste stap naar het begrijpen van het tijdperk van reïonisatie is het vinden en bevestigen van de afstanden tot sterrenstelsels waarvan astronomen denken dat ze verantwoordelijk kunnen zijn voor dit proces. Omdat licht met een eindige snelheid reist, kost het tijd om bij onze telescopen te komen, dus astronomen objecten zien zoals ze in het verleden waren.

Het licht van het centrum van ons sterrenstelsel, de Melkweg, doet er bijvoorbeeld ongeveer 27,000 jaar over om ons op aarde te bereiken, dus we zien het zoals het 27,000 jaar geleden was. Dat betekent dat als we terug willen kijken naar de allereerste momenten na de oerknal (het heelal is 13.8 miljard jaar oud), we naar objecten op extreme afstanden moeten zoeken.

Omdat sterrenstelsels die zich in deze tijdsperiode bevinden zo ver weg zijn, lijken ze extreem flauw en klein naar onze telescopen en zenden het grootste deel van hun licht uit in het infrarood. Dit betekent dat astronomen krachtige infraroodtelescopen zoals Webb nodig hebben om ze te vinden. Voorafgaand aan Webb waren vrijwel alle verre sterrenstelsels die door astronomen werden gevonden uitzonderlijk helder en groot, simpelweg omdat onze telescopen niet gevoelig genoeg waren om de zwakkere, kleinere sterrenstelsels te zien.

Het zijn echter de laatste populaties die veel talrijker en representatiever zijn en waarschijnlijk de belangrijkste drijfveren zijn voor het reïonisatieproces, niet de slimme. Dus deze zwakke sterrenstelsels zijn degenen die astronomen in meer detail moeten bestuderen. Het is alsof je de evolutie van mensen probeert te begrijpen door hele populaties te bestuderen in plaats van een paar hele lange mensen. Door ons in staat te stellen zwakke sterrenstelsels te zien, opent Webb een nieuw venster voor het bestuderen van het vroege heelal.

Een typisch vroeg sterrenstelsel

JD1 is zo'n "typisch" zwak sterrenstelsel. Het was ontdekt in 2014 met de Hubble-ruimtetelescoop als een verdacht ver sterrenstelsel. Maar Hubble had niet het vermogen of de gevoeligheid om zijn afstand te bevestigen - hij kon alleen een weloverwogen schatting maken.

Klein en zwak in de buurt sterrenstelsels kunnen soms worden aangezien voor verre, dus astronomen moeten zeker zijn van hun afstanden voordat we uitspraken kunnen doen over hun eigenschappen. Verre sterrenstelsels blijven daarom "kandidaten" totdat ze zijn bevestigd. De Webb-telescoop heeft eindelijk de mogelijkheden om deze te bevestigen, en JD1 was een van de eerste grote bevestigingen door Webb van een extreem verre kandidaat-melkweg gevonden door Hubble. Deze bevestiging rangschikt het als het zwakste sterrenstelsel dat tot nu toe in het vroege heelal is gezien.

Om JD1 te bevestigen, gebruikten een internationaal team van astronomen en ik Webb's nabij-infrarood spectrograaf, NIR-specificatie, om een ​​infraroodspectrum van de melkweg te verkrijgen. Het spectrum stelde ons in staat om de afstand tot de aarde te bepalen en de leeftijd ervan te bepalen, het aantal jonge sterren dat het vormde en de hoeveelheid stof en zware elementen die het produceerde.

Zwaartekrachtlenzen, het vergrootglas van de natuur

Zelfs voor Webb zou JD1 onmogelijk te zien zijn zonder een helpende hand van de natuur. JD1 bevindt zich achter een grote cluster van nabije sterrenstelsels, genaamd Abel 2744, waarvan de gecombineerde zwaartekracht het licht van JD1 buigt en versterkt. Dit effect, bekend als zwaartekrachtlensing, zorgt ervoor dat JD1 groter en 13 keer helderder lijkt dan normaal.

Zonder zwaartekrachtlenzen zouden astronomen JD1 niet hebben gezien, zelfs niet met Webb. De combinatie van de zwaartekrachtvergroting van JD1 en nieuwe beelden van een ander nabij-infraroodinstrument van Webb, NIR-camera, maakte het voor ons team mogelijk om de structuur van het sterrenstelsel te bestuderen met ongekende details en resolutie.

Dit betekent niet alleen dat wij als astronomen de binnengebieden van vroege sterrenstelsels kunnen bestuderen, het betekent ook dat we kunnen bepalen of dergelijke vroege sterrenstelsels kleine, compacte en geïsoleerde bronnen waren, of dat ze samensmolten en interageerden met nabije sterrenstelsels. Door deze sterrenstelsels te bestuderen, gaan we terug naar de bouwstenen die het universum vormden en aanleiding gaven tot ons kosmische huis.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Krediet van het beeld: NASA/STScI

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• ChartPrime. Verhoog uw handelsspel met ChartPrime. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/08/13/looking-back-toward-cosmic-dawn-astronomers-confirm-the-faintest-galaxy-ever-seen/