“Voorbij wat mogelijk is” – Webb Space Telescope ontdekt mysterieuze oude sterrenstelsels

Ons begrip van hoe sterrenstelsels ontstaan ​​en van de aard van donkere materie zou volledig op zijn kop kunnen worden gezet door nieuwe waarnemingen van nog grotere sterrenhopen van sterrenstelsels. Melkweg Van ruim 11 miljard jaar geleden, wat niet had mogen bestaan.

Papier gepubliceerd in natuur Details van resultaten met behulp van nieuwe gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST). De resultaten laten zien dat een enorm sterrenstelsel in het vroege heelal – 11,5 miljard jaar geleden waargenomen (kosmologische roodverschuiving van 3,2) – een zeer oude populatie sterren heeft die veel eerder ontstond – 1,5 miljard jaar geleden (roodverschuiving van ongeveer 11). Deze waarneming zet de huidige modellering op zijn kop, omdat er niet genoeg donkere materie zich in voldoende concentraties ophoopt om zich te vormen.

Professor Karl Glazebrook van de Swinburne University of Technology leidde de studie en het internationale team dat de James Webb-ruimtetelescoop gebruikte om spectroscopische waarnemingen te doen van dit enorme, stille sterrenstelsel.

“We waren al zeven jaar op zoek naar dit specifieke sterrenstelsel en hebben het urenlang geobserveerd met de twee grootste telescopen op aarde om de leeftijd ervan te achterhalen. Maar het was zo rood en zo zwak dat we het niet konden meten. Uiteindelijk moesten we het doen.” ga van de aarde af en gebruik de James Webb-ruimtetelescoop om zijn aard te bevestigen.

De James Webb-ruimtetelescoop van NASA is de opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop, het krachtigste wetenschappelijke infraroodobservatorium dat ooit de ruimte in is gestuurd. Vanuit een baan ongeveer een miljoen kilometer van de aarde bestudeert Webb enkele van de meest verre objecten in het universum. Krediet: NASA

De vorming van sterrenstelsels is een fundamenteel model dat wordt ondersteund door de moderne astrofysica en dat een sterke afname van het aantal massieve sterrenstelsels in vroege kosmische tijdperken voorspelt. Extreem massieve, stilstaande sterrenstelsels zijn nu waargenomen tussen één en twee miljard jaar nadat het heelal ontstond de grote explosie Wat eerdere theoretische modellen uitdaagt.

De vooraanstaande professor Glazebrook heeft samengewerkt met vooraanstaande onderzoekers over de hele wereld, waaronder dr. Themiya Nanayakkara, dr. Lalitwadi Kawinwanichakij, dr. Colin Jacobs, dr. Harry Chittenden, universitair hoofddocent Glenn G Kacprzak en universitair hoofddocent Ivo Lappé van het Swinburne Center for Astrophysics and Supercomputing. .

“Dit is echt een teamprestatie geweest, van de infrarode hemelonderzoeken waarmee we in 2010 begonnen en die leidden tot de identificatie van dit sterrenstelsel als ongewoon, tot onze lange uren bij Keck en Zeer grote telescoop We probeerden dit te bevestigen, maar slaagden er niet in, totdat we vorig jaar een enorme inspanning deden om erachter te komen hoe we de gegevens van de James Webb Space Telescope moesten verwerken en dit spectrum konden analyseren.

“We gaan nu verder dan wat mogelijk is geweest om de oudste vreedzame megamonsters diep in het universum te bevestigen”, zegt dr. Themiya Nanayakkara, die leiding gaf aan de spectroscopische analyse van de gegevens van de James Webb Space Telescope.

‘Dit verlegt de grenzen van ons huidige begrip van hoe sterrenstelsels ontstaan ​​en evolueren. De belangrijkste vraag is nu hoe ze zo vroeg in het heelal zo snel zijn gevormd, en welke mysterieuze mechanismen ertoe leiden dat ze voorkomen dat ze plotseling sterren vormen terwijl de rest van de sterrenstelsels universum wel.”

Universitair hoofddocent Claudia Lagos van het International Centre for Radio Astronomy Research Node van de University of Western Australia (Herhalen) was cruciaal bij het ontwikkelen van theoretische modellering van de evolutie van donkere materieconcentraties voor het onderzoek.

‘De vorming van sterrenstelsels wordt grotendeels bepaald door de concentratie van donkere materie’, zegt ze. “De aanwezigheid van deze extreem zware sterrenstelsels zo vroeg in het universum vormt een grote uitdaging voor ons standaardmodel van de kosmologie. Dit komt omdat we niet geloven dat de massieve donkere materiestructuren die deze massieve sterrenstelsels huisvesten nog geen tijd hebben gehad om zich te vormen. Meer Waarnemingen zijn nodig om te begrijpen hoe vaak deze sterrenstelsels voorkomen en om ons te helpen begrijpen hoe groot deze sterrenstelsels werkelijk zijn.

Professor Glazebrook hoopt dat dit een nieuwe doorbraak zal zijn in ons begrip van de fysica van donkere materie.

“De James Webb-ruimtetelescoop heeft steeds meer bewijs gevonden voor de vorming van vroege massieve sterrenstelsels. Dit resultaat vestigt een nieuw record voor dit fenomeen. Hoewel het zeer opvallend is, is het slechts één object. Maar we hopen er nog veel meer te vinden, en als we dat doen “Het zal onze ideeën over de vorming van sterrenstelsels corrumperen.”

Referentie: “Een massief sterrenstelsel dat zijn sterren vormde op z ~ 11” door Karl Glazebrook, Thymia Nanayakkara, Corentin Schreiber, Claudia Lagos, Lalitwadi Kawinwanichakij, Colin Jacobs, Harry Chittenden, Gabriel Brammer, Glenn G. Kaprzak, Ivo Labpi, Danilo Marchesini , Z. Simmel-Marsan, Pascal A. Oish, Casey Papovich, Rhea-Sylvia Remus, Kim-VH. Tran, James Esdell en Angel Chandro-Gomez, 14 februari 2024, natuur.
doi: 10.1038/s41586-024-07191-9