Webb ontdekt metaalrijk sterrenstelsel in het vroege heelal

Over zware sterrenstelsels in het vroege heelal ontdekt of waargenomen met de Webb ruimtetelescoop hebben we het afgelopen half jaar vaak gehad. Eén van de sterrenstelsels die Webb daarbij met z’n infrarode ‘ogen’ in het vizier had was SPT0418-47, een helder stofrijk sterrenstelsel met een hoge productie van sterren in het vroege heelal. Het stelsel is zo ver weg dat zijn licht er meer dan 12 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken: we zien het zoals het was toen het heelal nog maar 1,4 miljard jaar oud was. We zien SPT0418-47 dankzij een zwaartekrachtlens, een sterrenstelsel dat precies tussen ons en SPT0418-47 in staat en dat door zijn massa de ruimte buigt. Daardoor is het licht van SPT0418-47 afgebogen tot een keurige ring, een Einsteinring zoals ze het noemen, eentje die al in 2020 is waargenomen met de Atacama Large Millimeter /submillimeter Array (ALMA) in Chili. Maar Webb heeft nu iets opmerkelijks ontdekt in de ring van SPT0418-47, eigenlijk een toevallige ontdekking, een voorbeeld van wat ze serendipiteit noemen. Direct verscholen achter het licht van het voorgrondstelsel, dat de natuurlijke kosmische lens veroorzaakt, blijkt namelijk nog een ander sterrenstelsel te staan, eentje op dezelfde afstand als SPT0418-47 (roodverschuiving z=4,2). Het blijkt een begeleidende stelsel van SPT0418-47 te zijn, welke ze SPT0418-SE hebben genoemd. In de Einsteinring van SPT0418-47 is hij te zien als twee beelden, B en C in de afbeelding hieronder (SE-1 en SE-2).

Nader onderzoek met Webb’s NIRSpec instrument laat zien dat SPT0418-SE ‘super-chemically abundant’ is zoals ze het noemen, dat wil zeggen dat z’n scheikundige samenstelling lijkt op dat van een ster in een volgroeid sterrenstelsel, zoals de zon in het Melkwegstelsel. SPT0418-SE blijkt tsjokvol met zware elementen te zitten, metalen zoals de sterrenkundigen het noemen (alles wat zwaarder is dan helium wordt door sterrenkundigen een metaal genoemd). Met NIRSpec kon men in het spectrum zuurstof, koolstof, zwavel en stikstof identificeren. Dat verwacht je wel in de zon, maar die is zelf vijf miljard jaar oud en die heeft zijn metalen weer van veel generaties van sterren voor hem, opgebouwd in pakweg de acht miljard jaar voor de zon werd geboren. Maar SPT0418-SE was er al 1,5 miljard jaar na de oerknal, dus de metalen in diens sterren moeten in de één miljard jaar voor hem zijn gevormd door de eerste generaties van sterren.

SPT0418-SE staat dichtbij SPT0418-47, hun afstand is naar schatting zo’n 5 kpc, de afstand tussen de melkweg en de Magelhaense wolk is tien keer groter. Men denkt dan ook dat de twee stelsels met elkaar reageren en uiteindelijk zullen botsen en samensmelten tot één groter stelsel.

Meer informatie vind je in het vakartikel van Bo Peng et al, Discovery of a Dusty, Chemically Mature Companion to a z ∼ 4 Starburst Galaxy in JWST ERS Data, The Astrophysical Journal Letters (2023).

Bron: Cornell Universiteit.