Donderdag 11/08/2022

AnalyseJames Webb-telescoop

‘We hadden wel verrassingen verwacht, maar niet zo snel of zo drastisch’: opwinding onder astronomen over kosmische babyfoto’s van extreem verre stelsels

De heldere ster die centraal staat in het sterrenstelsel NGC 3132. Beeld AFP/NASA
De heldere ster die centraal staat in het sterrenstelsel NGC 3132.Beeld AFP/NASA

Er waren al de betoverende foto’s, maar de eerste wetenschappelijke resultaten van de kersverse ruimtetelescoop James Webb zijn zo mogelijk nog spectaculairder. ‘We hadden wel wat verrassingen verwacht, maar niet zo snel of zo drastisch.’

George van Hal

Is dat het remlicht van een auto? De brandende punt van een sigaret misschien? Of een extreem ingezoomde foto van de stand-byknop op een televisie? Leg de wazige rode samenballingen van hoekige pixels naast de spectaculaire beelden van ruimtetelescoop James Webb die half juli werden gepubliceerd, beelden vol sierlijk uitwaaierende nevels en haarscherpe sterrenstelsels, en je haalt al snel je schouders op.

En toch zijn het juist die wazige vlekjes, die, veel meer dan de betoverende kosmische vergezichten die eerder het nieuws haalden, onder astronomen wereldwijd inmiddels voor steeds grotere opwinding zorgen.

Sterrenstelsel GLASS-z13, zoals het er 300 miljoen jaar na de oerknal uitzag.  Beeld AFP
Sterrenstelsel GLASS-z13, zoals het er 300 miljoen jaar na de oerknal uitzag.Beeld AFP

Als de eerste tekenen niet bedriegen, onthullen deze rode-pixelverzamelingen namelijk de verste sterrenstelsels die de mensheid ooit heeft gezien. De stelsels die je hier ziet – extreem jonge varianten van de Melkweg waarin wij onze kosmische levens slijten – zijn vastgelegd op de gevoelige plaat zoals ze er slechts een paar honderd miljoen jaar na de oerknal bij stonden. En hoewel dat naar menselijke maatstaven lang klinkt, verbleekt die tijdsduur op de bijna 14 miljard jaar dat het heelal inmiddels bestaat. De stelsels zijn op de foto, kortom, piepjong. Mogelijk behoren sommige zelfs tot de allereerste sterrenstelsels die in het heelal verschenen.

Die kosmische babyfoto’s laten je heerlijk wegzakken in de betoverend diepe tijd van de ruimte, duizelingwekkend grote tijdsduren waarbij mensenlevens verbleken. Toch zijn deze stelsels niet alleen ontdekkingen waarbij je kunt wegdromen, of geinige toevoegingen aan de astronomische recordboeken. Nee, ze zijn ook van aanzienlijk wetenschappelijk belang.

Zulke heel jonge sterrenstelsels kunnen namelijk onthullen hoe de evolutie van deze kosmische voorwerpen zich voltrekt. Vergelijk het met biologen die van een diersoort tot nog toe alleen de volwassen exemplaren hebben gezien en dan plots de babyfase ontdekken. Of het leven begon in een ei, als een spartelende kleine variant van het volwassen dier, of dat je een rups ziet voordat deze zich ontpopt tot vlinder: het maakt nogal uit.

Net zo is het in de kosmos. En als de eerste voorzichtige vondsten niet bedriegen, duiken nu al meerdere aanwijzingen op dat astronomen het heersende beeld van de evolutie van die sterrenstelsels, vanaf het moment van de oerknal tot nu, straks moeten aanpassen.

“Het is echt ongelooflijk wat de internationale gemeenschap in de eerste twee weken sinds deze gegevens openbaar werden allemaal al heeft gevonden”, zegt sterrenkundige Mariska Kriek van de Universiteit Leiden. “We wisten al dat James Webb baanbrekende dingen zou onthullen. Maar nu zien we het in het echt. En het stelt bepaald niet teleur.”

De spectaculaire eerste beelden van ruimtetelescoop James Webb werden op 12 juli onder meer hier, op Piccadilly Circus in Londen, aan het publiek getoond.  Beeld Getty
De spectaculaire eerste beelden van ruimtetelescoop James Webb werden op 12 juli onder meer hier, op Piccadilly Circus in Londen, aan het publiek getoond.Beeld Getty

Laaghangend fruit

Ruimtetelescoop James Webb, het nieuwe vlaggenschip van de internationale sterrenkunde, is de ‘opvolger’ van ruimtetelescoop Hubble en werd onder meer gebouwd om dieper de kosmos in te turen dan ooit. Daarom kijkt hij niet naar ‘gewoon’ licht, maar naar voor het menselijk oog onzichtbare warmtestraling. Licht dat diep uit de ruimte komt, wordt onderweg namelijk opgerekt. Wat lang geleden nog zichtbaar licht was – met een kortere golflengte – arriveert hier daarom als warmtestraling, dat een langere golflengte kent.

Om die warmtestraling uit de kosmische diepte te kunnen plukken, is de telescoop aan de onderkant bedekt met een zonneschild, zo groot als een tennisveld, dat ervoor zorgt dat hij koud blijft. Mede daardoor is Webb zodanig gevoelig dat, wanneer hij op aarde zou staan, hij de warmtestraling zou kunnen meten van een hommel op het oppervlak van de maan.

Ruimtetelescoop James Webb, voor lancering op de grond. De gouden hoofdspiegel is hier nog ingeklapt. Het gelaagde hitteschild – zo groot als een tennisveld – is onderop zichtbaar. Beeld NASA / Chris Gunn
Ruimtetelescoop James Webb, voor lancering op de grond. De gouden hoofdspiegel is hier nog ingeklapt. Het gelaagde hitteschild – zo groot als een tennisveld – is onderop zichtbaar.Beeld NASA / Chris Gunn

Dat die astronomische superkracht tot spectaculaire ontdekkingen zou gaan leiden, lag voor de hand. En tóch vallen astronomen over de hele wereld van de ene verbazing in de andere sinds de telescoop zijn meetgegevens is gaan verzamelen. “Ik denk niet dat iemand van ons echt had voorzien dat we al zo veel sterrenstelsels zouden zien op zulke grote afstand. We hadden wel wat verrassingen verwacht, maar niet zo snel of zo drastisch”, zei astronoom Guido Roberts-Borsani (University of California) vorige week nog tegen het populairwetenschappelijk weekblad New Scientist.

“We plukken nu al het laaghangende fruit”, vat Kriek deze eerste weken samen. En hoewel er veel meer, en vooral ook veel mooier fruit hangt dan astronomen hadden durven hopen, is het nu vooral nog een kwestie van hard doorwerken: zo veel mogelijk meetgegevens analyseren, alles keurig vastleggen en beschrijven in vakartikelen.

Tijd om het kaf van het koren te scheiden, is er nog niet. “Daarom moeten we heel voorzichtig zijn”, waarschuwt sterrenkundige Karina Caputi van de Rijksuniversiteit Groningen, expert op het gebied van zeer verre sterrenstelsels. Alle resultaten die tijdens de eerste twee weken naar buiten kwamen, zijn vooralsnog uitsluitend verschenen op de wetenschappelijke voorpublicatiesite Arxiv. Pas wanneer andere astronomen die artikelen kritisch hebben bestudeerd en als voldoende hebben beoordeeld – zogeheten peer review – komen ze terecht in reguliere vakbladen. En zelfs dan zijn we er nog niet helemaal, zegt Caputi. “De afstand moet bij al deze sterrenstelsels ook dan nog worden bevestigd.”

Roodverschuiving

Experts zoals Caputi bepalen de afstand van verre sterrenstelsels aan de hand van de zogeheten roodverschuiving, een vakterm die verwijst naar het feit dat verre sterrenstelsels roder ogen dan stelsels die dichterbij staan.

Dat zit zo. Door de uitdijing van het heelal bewegen verre stelsels sneller bij ons vandaan. Licht dat bij je vandaan beweegt, verandert van kleur zoals de sirene van een voorbijrazende ambulance van toon verandert. En wat toon is voor geluid, is kleur voor licht: vandaar dat sneller weg bewegende en dus verder weg gelegen sterrenstelsels roder ogen dan dichterbij gelegen exemplaren.

Voor de eerste, ruwe, afstandsbepaling kijken astronomen dan ook simpelweg hoe rood de stelsels zijn. Alleen: soms trek je dan per ongeluk de verkeerde conclusie. “Een sterrenstelsel dat omgeven is door veel stof kan soms roder kleuren dan het op basis van zijn afstand zou moeten zijn”, zegt Caputi.

null Beeld AFP
Beeld AFP

Het zorgt ervoor dat je ter bevestiging nogmaals naar de nu gevonden, extreem verre stelsels moet kijken, op een iets andere, meer nauwkeurige manier. Lukt het dan bijvoorbeeld om van zo’n stelsel een spectrum te maken – een handtekening van de kleuren aanwezig in het licht van zo’n stelsel – dan kun je heel exact de roodverschuiving bepalen, en weet je de afstand wél zeker.

“Ik denk daarom dat we voor de tweede waarneemronde, die waarschijnlijk begin 2023 van start gaat, héél veel verzoeken gaan krijgen om verificatiemetingen aan extreem verre stelsels te doen”, zegt Kriek, die onder meer actief was in een van de panels die aanvragen voor waarneemtijd op de James Webb beoordeelde. “Voor deze eerste meetreeks hadden we ongeveer viermaal zoveel aanvragen als beschikbare waarneemtijd. Ik denk dat de concurrentie vanaf nu alleen maar groter zal worden.”

Ronduit verbazingwekkend

De vondsten van de eerste verre sterrenstelsels zijn niet alleen qua aantal verrassend, ook de afstanden zélf zijn in sommige gevallen ronduit verbazingwekkend. Had het verste sterrenstelsel dat Hubble ooit zag een roodverschuiving van 11, iets dat vertaalt naar een leeftijd van zo’n 400 miljoen jaar na de oerknal, daar heeft men in de gegevens van James Webb nu al tientallen kandidaten ontdekt die daar ruimschoots overheen gaan.

Op 19 juli dook bijvoorbeeld rode vlek GLASS-z13 op, met een geschatte roodverschuiving van 13. Die scherpt daarmee het record – als de vondst straks standhoudt – meteen aan met zo’n 100 miljoen jaar. Spectaculair, ware het niet dat James Webb de afgelopen tijd zijn eigen records steeds opnieuw verbrak.

GLASS-z13. Beeld AFP
GLASS-z13.Beeld AFP

Kijk maar naar de brandende aspunt van ‘Maisie’s Galaxy’, vernoemd naar de dochter van de ontdekker, op een roodverschuiving van 14. Of nee, ho, stop: daar zijn alweer twee stelsels met een roodverschuiving van 16. Eén onderzoeksgroep vond vorige week plots zelfs stelsels op een roodverschuiving van 20, een grove 180 miljoen jaar na de oerknal. Het is het voorlopige record.

Caputi verwacht dat het moeilijk zal zijn dat record veel verder aan te scherpen. “In die tijdsperiode ontstonden de allereerste sterrenstelsels”, zegt ze. Steeds verdere sterrenstelsels zijn aan de hemel echter ook steeds minder helder. “En dus is het steeds moeilijker ze nog te zien.”

Resteert de vraag of wat we nu zien echt is, of toch een gevalletje roodkleurige zinsbegoocheling. “Als zelfs 20 procent van de sterrenstelsels daadwerkelijk op de gemelde roodverschuiving zitten, is dat sterk bewijs dat dit soort stelsels heel vroeg en heel snel ontstaan en heel snel heel zwaar en helder worden”, zei astronoom Rohan Naidu van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics daarover tegen New Scientist. Het moet dus wel flink tegen zitten, wil er van de huidige bevindingen straks niets overblijven.

Bovendien, zegt Caputi: “De beelden waarin deze stelsels zijn gevonden zijn nog lang niet de diepste die James Webb van het heelal gaat maken. Als ik nadenk wat we over een half jaar dan misschien allemaal gezien hebben... oh my god.”

Overzichtsbeeld van ruimtetelescoop James Webb. Dit diepe beeld van het heelal toont verschillende zeer jonge, ver weggelegen sterrenstelsels.  Beeld AP
Overzichtsbeeld van ruimtetelescoop James Webb. Dit diepe beeld van het heelal toont verschillende zeer jonge, ver weggelegen sterrenstelsels.Beeld AP

Massiever, regelmatiger, vreemder

Bij de eerste resultaten van ruimtetelescoop James Webb vallen niet alleen de extreem verre sterrenstelsels op. Zo suggereert een nieuwe studie dat sommige stelsels al eerder dan verwacht veel sterren en massa verzamelen. “Als dat klopt, moeten we echt terug naar de tekentafel”, zegt sterrenkundige Mariska Kriek. Vakgenoot Karina Caputi gelooft er echter weinig van. “Ze gebruiken een nieuwe analysemethode die nog onvoldoende getest is”, zegt zij.

Dat is het euvel met dergelijke studies: ze zijn snel opgeschreven en de kritische check van collega’s ontbreekt nog. Toch tonen ze het type inzichten dat Webb kan verschaffen. Zo ontdekt de ene groep meer schijfvormige stelsels dan voorheen, de ander dat sterrenstelsels compacter zijn dan voorganger Hubble zag, en een derde onthult een vreemd, atypisch stelsel dat bijna geen zware elementen bevat. Het is het topje van een steeds grotere berg aan publicaties die het beeld van de evolutie van sterrenstelsels kan laten kantelen. En dan moeten de metingen aan bijvoorbeeld de atmosferen van verre planeten nog goeddeels beginnen.

“Het is alsof je in een schouwburg zit en het heelal tot nog toe alleen via de kiertjes van het gordijn kon zien”, zegt Kriek. “Met Webb zijn die gordijnen opengegaan. Nu zien we plots het hele podium.”

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234