Recente waarnemingen met de James Webb Space Telescope (JWST) hebben onthuld dat de eerste sterrenstelsels in het heelal verre van de netjes georganiseerde structuren waren die we vandaag de dag zien. In plaats daarvan waren deze vroege sterrenstelsels turbulente, chaotische gasbundels, die periodes van intense stervorming ondergingen en werden beïnvloed door snelgroeiende superzware zwarte gaten. Dit schetst een levendig beeld van een ‘rommelig tijdperk’ in de kosmische geschiedenis.
Sterrenstelsels observeren bij Kosmische Dageraad
Een team van astronomen, onder leiding van Lola Dunhaive van de Universiteit van Cambridge, gebruikte het NIRCam-instrument van de JWST om 272 kleine sterrenstelsels te bestuderen, die 800 miljoen tot 1,5 miljard jaar na de oerknal dateren. Het licht van deze verre sterrenstelsels heeft er miljarden jaren over gedaan om ons te bereiken, wat een uniek inzicht biedt in de vroege stadia van het universum – een periode die bekend staat als Kosmische Dageraad (50 miljoen tot 1 miljard jaar na de oerknal) en die voorafging aan de kosmische middag (2 tot 3 miljard jaar na de oerknal), toen de stervorming zijn hoogtepunt bereikte.
De turbulente aard van vroege sterrenstelsels
De waarnemingen toonden aan dat, in tegenstelling tot de soepel roterende schijven van gas en sterren die voorkomen in nabijgelegen sterrenstelsels, de gasbeweging in deze vroege sterrenstelsels turbulent was. In plaats van in geordende stromingen rond hun centra te cirkelen, stroomde gas in meerdere richtingen, waardoor chaotische draaikolken, schokgolven en ongelijke klonten materie ontstonden. Het team beschreef deze vroege sterrenstelsels als “aan het begin van de schijven”, die meerdere fases van instabiliteit doormaakten voordat ze zich vestigden in de geordende structuren die we vandaag de dag waarnemen.
Factoren die bijdragen aan de chaos
Verschillende factoren hebben bijgedragen aan deze turbulente toestand:
- Snelle stervorming: Pasgeboren sterren kunnen, net als pasgeboren mensen, grillig zijn. Deze jonge sterren zonden krachtige stellaire winden en uitbarstingen van hoogenergetische straling uit, waardoor de omringende gaswolken waar ze ontstonden werden verstoord.
- Dichter intergalactisch gas: Omdat het universum sinds de oerknal uitdijt, was het vlak vóór de kosmische middag een kleinere, dichtere plaats. Dit betekende dat er meer intergalactisch gas naar vroege sterrenstelsels stroomde, wat de turbulentie nog verder aanwakkerde.
- Superzware zwarte gaten: De superzware zwarte gaten in de centra van deze sterrenstelsels voedden zich actief met gas, stootten materie en straling uit, en droegen bij aan de chaotische omgeving.
- Kleinere omvang: Vergeleken met sterrenstelsels in het huidige heelal waren deze vroege sterrenstelsels relatief klein (variërend van 100 miljoen tot 10 miljard keer de massa van onze zon), wat betekent dat gebeurtenissen zoals uitbarstingen van stervorming en de activiteit van zwarte gaten een proportioneel grotere impact hadden op hun stabiliteit.
Uitzonderingen en toekomstig onderzoek
Hoewel de meeste sterrenstelsels in het onderzoek turbulent gedrag vertoonden, vertoonden enkele sterrenstelsels tekenen van eerdere stabiliteit, die doorgaans groter en misschien veerkrachtiger waren. Deze waarnemingen bevestigen grotendeels de voorspellingen van bestaande modellen van galactische evolutie, waardoor de link tussen waarneming en theorie wordt versterkt.
Dunhaive en haar collega’s zijn van plan hun waarnemingen van geïoniseerd waterstofgas te combineren met toekomstige waarnemingen van koud gas en stof, waardoor een uitgebreider inzicht in de structuur en evolutie van deze vroege sterrenstelsels mogelijk wordt. “Met meer gegevens kunnen we volgen hoe deze turbulente systemen zijn opgegroeid en zijn uitgegroeid tot de sierlijke spiralen die we vandaag de dag zien”, legt Sandro Tacchella, co-auteur van het onderzoek, uit. De nieuwe gegevens zullen meer onthullen over de structuren en evolutionaire paden van deze oude, formatieve sterrenstelsels.
De studie biedt een waardevol inzicht in de dynamische en vaak chaotische omstandigheden die het vroege universum karakteriseerden, en onderstreept de cruciale rol die de JWST speelt bij het ontrafelen van de mysteries van de kosmische evolutie.
