Astronomen hebben 217 opnames van de ruimtetelescoop James Webb op elkaar gestapeld. Uit de beelden kwamen zo verborgen sterrenstelsels bovendrijven, die tot nu toe onzichtbaar waren gebleven.

De onderzoekers wilden die fameuze rode stipjes die de James Webb ziet bestuderen. Die zien astronomen al sinds de telescoop in 2022 zijn eerste beelden terugstuurde. De stipjes zijn felrode vlekjes op plaatsen die zo ver weg zijn dat we ze zien zoals ze er in de eerste miljard jaar na de oerknal uitzagen.

De stipjes zijn vreemd om twee redenen: ze zijn extreem compact (op de foto’s zijn ze even puntvormig als een ster) en hun kleur vertoont een patroon dat je nergens anders ziet. Hun blauwe licht is fel, in het middengebied is het licht zwak en het rood is dan opnieuw fel.

De vraag was dan ook of zich rond die puntjes ook sterrenstelsels bevinden. Dat was geen gemakkelijk te beantwoorden vraag. Het probleem is dat, als er een stelsel rond zo’n punt zit, het zo bleek zou zijn dat het volledig ondergesneeuwd raakt door het felle licht uit het centrum. Het is onmogelijk om dit te achterhalen op basis van één stipje, want het signaal verdwijnt in ruis.
In het vakblad Nature Astronomy leggen onderzoekers uit hoe ze dit probleem hebben opgelost. Ze namen 217 rode stipjes uit een kaart van de hemel die door Webb werd gemaakt. Van elk stipje trokken ze eerst het lichtvlekje af dat de telescoop van een puntbron maakt.

Alle beelden gestapeld

Vervolgens legden ze alle beelden op elkaar. Toevallige ruis verdwijnt dan, maar het echte signaal niet. Rond de plek waar de puntjes zich in de originele beelden bevonden, kwam zo een zwakke lichtring in beeld. Dat is het patroon dat je ziet als licht uit een groter gebied komt dan uit een enkel punt.

Zo’n ring kan ook ontstaan doordat het model van de telescoopvlek niet perfect is. Daarom deden de onderzoekers dezelfde bewerking op 263 gewone sterren uit hetzelfde stuk hemel. Bij sterren bleef het beeld leeg; er was nergens een ring te bespeuren. Bij 45 compacte sterrenstelsels verscheen de ring wel. Met andere woorden: de gloed rond de rode lichtpuntjes komt van echte sterren.

Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!

Een miljard zonnen in een veel te klein pakketje

Uit de kleur van die gloed valt af te leiden hoeveel sterren erin zitten. Gemiddeld blijkt het ongeveer om een miljard zonsmassa’s per stelsel te gaan. Onze Melkweg is tientallen keren zo zwaar, maar heeft dan ook meer dan dertien miljard jaar gehad om te groeien.

Dat de stelsels klein zijn, is niet verrassend. Wat wel verrassend is, is hoe klein ze zijn: de helft van hun sterlicht komt uit een gebied met een straal van amper zevenhonderd lichtjaar. Gewone sterrenstelsels met evenveel sterren, in diezelfde vroege periode, zijn gemiddeld ongeveer 2,5 keer zo groot qua omvang.

Deze stelsels zijn dus ongewoon compact. Dat betekent dat er wellicht veel gas naar het centrum is gestroomd, waar op korte tijd sterren werden gevormd. En dat gas is precies wat een supermassief zwart gat in het centrum nodig heeft om snel te groeien.

Buitenkant jong, binnenkant oud

Nog een aanwijzing zit in de kleuren. In het blauwe licht, dat vooral van pasgeboren sterren komt, is de gloed bijna dubbel zo groot als in het rode licht, dat van oudere sterren komt.

Aan de rand van de stelsels wordt dus nog volop gebouwd op het moment dat ze het licht uitzendden dat wij zien, terwijl in het midden al een oudere generatie sterren staat. De stelsels groeien dus van binnen naar buiten.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!
En dat zwarte gat dan?

Het felle punt in het midden blijft over als het licht van de sterren eraf is gehaald. In de roodste band levert dat punt zelfs tot 90 procent van het totaal. De gangbare verklaring is dat de zwarte gaten enorm veel straling uitzenden naarmate ze gas opslokken.

Hoe zwaar de zwarte gaten zijn, kunnen de onderzoekers niet rechtstreeks meten. Ze schatten de massa’s door aan te nemen dat de verhouding tussen zwart gat en sterrenstelsel in het vroege heelal ongeveer dezelfde was als vandaag. Dan kom je uit op een miljoen tot tien miljoen zonsmassa’s.

Geen individuele stelsels gemeten

Deze meting zegt iets over het gemiddelde stipje, niet over één bepaald stipje. De afstand van de objecten is moeilijk te bepalen. De schattingen komen uit kleurmetingen, maar het kan best zo zijn dat sommige stipjes eigenlijk twee objecten zijn die zich achter elkaar bevinden.

Tot slot blijft er twijfel over het blauwe deel van het licht. Mogelijk gloeit er ook gas mee, want de sterren alleen kunnen het niet volledig verklaren. Een model met uitsluitend gas werkt minder goed, dus het is wel met redelijk veel zekerheid te zeggen dat er sterren zijn.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook James Webb legt de complexe structuur van de Helixnevel vast en James Webb ontrafelt de geheimen van cluster MACS J1149. Of lees dit artikel: Voor het eerst legt Einstein Probe de geboorteschreeuw van een supernova vast.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:

!