De JWST ontdekt een sterrenstelsel dat niet zou moeten bestaan

By | February 6, 2024

Astronomen die met de JWST werkten, vonden een dwergstelsel waar ze niet naar op zoek waren. Het bevindt zich ongeveer 98 miljoen jaar verwijderd, heeft geen buren en bevond zich op de achtergrond van een afbeelding van andere sterrenstelsels. Dit geïsoleerde sterrenstelsel vertoont een gebrek aan stervormingsactiviteit, wat zeer ongebruikelijk is voor een geïsoleerd dwergstelsel.

Volgens talrijke waarnemingen vormen de meeste geïsoleerde dwergstelsels sterren. Wat is er anders aan deze?

Het PEARLS-observatieprogramma (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) van JWST heeft tot doel het tijdperk van de vorming van sterrenstelsels, actieve kerngroei (AGN) en het eerste licht te begrijpen. Als onderdeel van zijn werk observeerde het een cluster van sterrenstelsels genaamd CLG1212. Het geïsoleerde dwergstelsel genaamd PEARLSDG werd bij toeval gevonden.

De ontdekking maakt deel uit van nieuw onderzoek gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters. De titel is “PEARLS: Een potentieel geïsoleerd slapend dwergstelsel op een afstand van 30 Mpc aan het uiteinde van de rode reuzentak.” De hoofdauteur is Tim Carleton, een assistent-wetenschapper aan de Arizona State University.

Dwergstelsels bevatten veel minder sterren dan sterrenstelsels zoals onze Melkweg. Niemand weet precies hoeveel sterren er in de Melkweg zijn. Volgens goed onderbouwde schattingen ligt het maximumbedrag echter op ongeveer 400 miljard. Dwergstelsels zoals PEARLSDG bevatten daarentegen wel ongeveer 100 miljoen sterren.

Naast het gebrek aan stervorming is PEARLSDG om nog een andere reden ongebruikelijk. De JWST kan individuele rode reuzensterren (RGB) in het dwergstelsel detecteren omdat de sterren helder zijn in de golflengten die door de JWST worden waargenomen. Het is bijna te ver weg voor de JWST om de sterren te zien, dus PEARLSDG is een van de meest verre sterrenstelsels waar we individuele sterren kunnen zien.

De JWST kon individuele sterren in het dwergstelsel detecteren, zoals te zien is in dit onderzoeksbeeld. Bron afbeelding: Carleton et al. 2024

Het vermogen om individuele sterren van de rode reuzentak (RGB) te zien, vergemakkelijkt de studie van het dwergstelsel enorm. RGB-sterren hebben een bepaalde intrinsieke helderheid, en dat betekent dat de astronomen achter de ontdekking de afstand tot het sterrenstelsel kunnen meten: ongeveer 98 miljoen lichtjaar verwijderd. Ze kunnen ook de leeftijd van sterren meten en aantonen dat de PEARLSDG-sterrenpopulatie ouder is. Als er nog steeds sterren zouden worden gevormd, zouden sommige sterren veel jonger zijn.

De onderzoekers schrijven dat het dwergstelsel al minstens een miljard jaar geen ster heeft gevormd. Een deel van het bewijsmateriaal ligt in het gebrek aan UV-energie van de Melkweg. Jonge sterren zenden sterk UV-licht uit, maar PEARLSDG heeft weinig UV-straling. “In overeenstemming met de lage UV-emissie en de afwezigheid van emissielijnen in het spectrum, vinden we een zeer lage sSFR, wat erop wijst dat de stervorming ruim een ​​jaar geleden is gestopt”, leggen de onderzoekers uit.

Wanneer een sterrenstelsel stopt met het vormen van sterren, wordt er gezegd dat het een slapend sterrenstelsel is. In een slapend sterrenstelsel is de voorraad gas die nodig is voor stervorming op. Het wordt meestal veroorzaakt door een ander naburig sterrenstelsel dat interactie heeft gehad met het slapende sterrenstelsel om de stervorming te stoppen. Op de een of andere manier heeft de interactie gas uit het slapende sterrenstelsel afgevoerd of de gasstroom verstoord.

Maar PEARLSDG heeft geen naaste buren.

JWST's NIRCam-instrument bracht de regio's in de groene vakken in beeld toen het ook PEARLSDG ontdekte, het dwergstelsel in de cyaanbox.  Bron afbeelding: Carleton et al.  2024
JWST’s NIRCam-instrument bracht de regio’s in de groene vakken in beeld toen het ook PEARLSDG ontdekte, het dwergstelsel in de cyaanbox. Bron afbeelding: Carleton et al. 2024

“Dit soort geïsoleerde, slapende dwergstelsels zijn nog niet eerder waargenomen, op relatief weinig gevallen na. Gezien ons huidige begrip van de evolutie van sterrenstelsels wordt niet echt verwacht dat ze zullen bestaan. “Het feit dat we dit object zien, helpt ons onze theorieën over de vorming van sterrenstelsels te verbeteren”, zegt hoofdauteur Carleton. ‘Over het algemeen blijven dwergstelsels die op zichzelf staan ​​nieuwe sterren vormen.’

Interacties met andere sterrenstelsels kunnen leiden tot uitsterving door getijdenonthechting. Dit geldt ook voor andere omgevingsinvloeden zoals dynamische drukstripping en wurging. Maar er zijn nog andere oorzaken, hoewel astronomen nog steeds bezig zijn deze te begrijpen. “Recente waarnemingen van een groot aantal ultradiffuse sterrenstelsels hebben echter geleid tot de ontwikkeling van interne uitdovingsmechanismen, zoals sterke feedback”, merken de onderzoekers op. Wanneer de feedback sterk is, kan de krachtige energie van de grootste en helderste sterren het gas wegblazen dat nodig is om nieuwe sterren te vormen.

Hoewel PEARLSDG geen directe buren heeft, zijn de auteurs voorzichtig in hun conclusies. “Toch kunnen we interacties uit het verleden met andere sterrenstelsels, die mogelijk hun ontstaansgeschiedenis hebben beïnvloed, niet volledig uitsluiten”, schrijven ze. “De recessiesnelheid en helderheidsscheiding van PEARLSDG komen echter overeen met het feit dat het zich in de Hubble-stroom bevindt, en er zijn geen zichtbare tekenen van getijdeninteracties.”

De Hubble-stroom zorgt ervoor dat sterrenstelsels van elkaar weg bewegen terwijl het universum uitdijt. Sommige sterrenstelsels werken zelfs samen en smelten samen, ondanks hun uitdijing, omdat andere krachten op hen inwerken. Maar er is geen bewijs dat er iets met het dwergstelsel in wisselwerking stond dat de stervorming had kunnen tegenhouden.

Wanneer sterrenstelsels met elkaar interacteren, vervormen getijdenkrachten hun vormen en kunnen sporen en stromen van uitgestrekt gas, stof en sterren ontstaan. Maar PEARLSDG vertoont geen van deze symptomen. Het is een tamelijk onopvallend dwergstelsel met een normale vorm.

Een paar op elkaar inwerkende sterrenstelsels genaamd Arp 273. Het grootste van de spiraalstelsels, bekend als UGC 1810, heeft een schijf die in de vorm van een roos is vervormd door de zwaartekracht van het onderliggende begeleidende sterrenstelsel, bekend als UGC 1813.  Beeldbron: NASA, ESA en het Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Een paar op elkaar inwerkende sterrenstelsels genaamd Arp 273. Het grootste van de spiraalstelsels, bekend als UGC 1810, heeft een schijf die in de vorm van een roos is vervormd door de zwaartekracht van het onderliggende begeleidende sterrenstelsel, bekend als UGC 1813. Beeldbron: NASA, ESA en het Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Ontdekkingen als deze zorgen ervoor dat astronomen nadenken over hun modellen van de evolutie van sterrenstelsels. Het is echter waarschijnlijk dat de JWST nog meer geïsoleerde en slapende dwergstelsels zal vinden. Hoe meer er wordt waargenomen, hoe duidelijker de dingen zullen worden en uiteindelijk zal er een verklaring zijn.

“Een meer gedetailleerde analyse van de stervormingsgeschiedenis van PEARLSDG en de dynamiek van PEARLSDG in relatie tot zijn omgeving is nodig om de geschiedenis van de vorming ervan beter te begrijpen, maar deze ontdekking brengt de mogelijkheid naar voren dat veel geïsoleerde slapende sterrenstelsels wachten op identificatie en dat JWST dit heeft gedaan” de tools ervoor”, schrijven de onderzoekers.

Maar voorlopig is het gewoon een mysterie in de kosmos.

“Dit was absoluut in strijd met de verwachtingen van mensen over een dwergstelsel als dit,” zei Carleton.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *