Onderzoek van de afbeelding die door de JWST is gemaakt, heeft geleid tot de ontdekking van een sterrenstelsel in het vroege heelal, ongeveer een miljard jaar na de oerknal, waarvan de lichtsignatuur wordt toegeschreven aan het nevelachtige gas dat de sterren overstraalt. Het sterrenstelsel, dat nu GS-NDG-9422 heet, is chemisch complex en heeft geen Populatie III-sterren. Op dezelfde manier bleek het verste sterrenstelsel JADES-GS-z14-0, dat zich in het vroege heelal vormde, ongeveer 290 miljoen jaar na de oerknal, metalen te bevatten. Volgens de huidige inzichten zou de eerste generatie sterren van het vroege heelal Populatie III-sterren moeten zijn met een metaalgehalte van nul. In de astronomie wordt elk element dat zwaarder is dan helium als een metaal beschouwd. Chemische niet-metalen zoals zuurstof, stikstof etc. zijn metalen in kosmologische context. Sterren krijgen metaalverrijking in elke generatie na een supernova-gebeurtenis.
Met behulp van een afbeelding die is vastgelegd door het NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph)-instrument van de James Webb Space Telescope (JWST), hebben onderzoekers een uniek sterrenstelsel uit het vroege heelal geïdentificeerd met een roodverschuiving van Z= 5.943, wat overeenkomt met ongeveer een miljard jaar na de oerknal. Dit sterrenstelsel, dat nu GS-NDG-9422 heet, is mogelijk een ontbrekende schakel in de galactische evolutie tussen de eerste sterren van het heelal en goed gevestigde sterrenstelsels.
De vage stippelafbeelding van het sterrenstelsel GS-NDG-9422 heeft een unieke lichtsignatuur. De lichtbron die op de afbeelding te zien is, is het hete gas van het sterrenstelsel. Het licht kwam niet van de sterren.
In tegenstelling tot massieve sterren in ons lokale universum, waarvan de temperatuur ongeveer 40,000 tot 50,000 °C bedraagt, zijn sterren in het GS-NDG-9422-sterrenstelsel extreem heet. Misschien bevond dit sterrenstelsel zich in de stervormingsfase in een dichte gasnevel die een groot aantal massieve, hete sterren produceerde toen het licht dit sterrenstelsel ongeveer 12.8 miljard jaar geleden verliet om de JWST nu te bereiken. De observatie past bij het computermodel dat constant bombardement van het nevelgas door de fotonen van de hete sterren het nevelgas verhitte tot meer dan 80,000 °C, waardoor het helderder kon schijnen in nabij-infrarood licht dan de sterren.
Een sterrenstelsel dat wordt gedomineerd door nevellicht (in plaats van sterrenlicht) komt overeen met de omgevingen van de eerste generatie sterren van het vroege heelal. Sterren in dergelijke sterrenstelsels zijn Pop. III-sterren met nul metalliciteit. Verrassend genoeg heeft sterrenstelsel GS-NDG-9422 echter geen Populatie III-sterren. JWST-gegevens tonen aan dat GS-NDG-9422 chemisch complex is.
Het geval van het verste sterrenstelsel JADES-GS-z14-0 dat in het vroege heelal werd gevormd, ongeveer 290 miljoen jaar na de oerknal, is nog verwarrender. Sterren in dit sterrenstelsel zouden Pop. III-sterren moeten zijn met nul metalliciteit, maar onderzoek naar infraroodeigenschappen van het sterrenstelsel JADES-GS-z14-0 onthult de aanwezigheid van zuurstof, wat betekent dat er metaalverrijking is, wat impliceert dat generaties sterren hun levenscyclus al zouden moeten hebben voltooid.
De eerste sterren in het heelal hebben nul-metaal of extreem laag-metaal. Ze worden Pop III-sterren (of Populatie III-sterren) genoemd. Laag-metaalsterren zijn Pop II-sterren. Jonge sterren hebben een hoog metaalgehalte en worden "Pop I-sterren" of de zonnemetaalsterren genoemd. Met een relatief hoge 1.4% metalliciteit is de zon een recente ster. In de astronomie wordt elk element zwaarder dan helium als een metaal beschouwd. Chemische niet-metalen zoals zuurstof, stikstof etc. zijn metalen in kosmologische context. Sterren krijgen metaalverrijking in elke generatie na een supernova-gebeurtenis. Een toenemend metaalgehalte in sterren duidt op een jongere leeftijd.
***
Referenties:
- Cameron AJ, c.s. 2024. Nebular gedomineerde sterrenstelsels: inzichten in de stellaire initiële massafunctie bij hoge roodverschuiving. Gepubliceerd: 21 juni 2024. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 534, Issue 1, oktober 2024, pagina's 523–543, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stae1547
- NASA Nieuws – In Odd Galaxy vindt NASA's Webb mogelijke ontbrekende schakel naar eerste sterren. Beschikbaar op https://science.nasa.gov/missions/webb/in-odd-galaxy-nasas-webb-finds-potential-missing-link-to-first-stars/
- Prasad U., 2024. Vroege universum: het meest verre sterrenstelsel "JADES-GS-z14-0" daagt modellen voor de vorming van sterrenstelsels uit. Scientific European. Gepubliceerd op 12 augustus 2024. Beschikbaar op https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/early-universe-the-most-distant-galaxy-jades-gs-z14-0-challenges-galaxy-formation-models/
***
