De James Webb Space Telescope (JWST) en NASA’s Chandra X-ray Observatory hebben de verst verwijderde en vroegst gevormde cluster van sterrenstelsels ontdekt die ooit zijn waargenomen. Daarmee is de tijdlijn verschoven van hoe snel grote kosmische structuren zich in het vroege heelal hebben verzameld. Deze ‘protocluster’, genaamd JADES-ID1, vormde zich slechts 1 miljard jaar na de oerknal actief, wat betekent dat het licht er 12,7 miljard jaar over heeft gedaan om de aarde te bereiken. Deze ontdekking daagt bestaande kosmologische modellen uit en roept vragen op over de snelle groei van clusters van sterrenstelsels in het jonge universum.
De onverwachte snelheid van kosmische assemblage
Eerdere waarnemingen suggereerden dat dergelijke massieve structuren niet zo vroeg gevormd konden zijn. Het eerdere record voor een protocluster was ongeveer 3 miljard jaar na de oerknal; JADES-ID1 lijkt twee miljard jaar eerder te zijn begonnen met coalesceren. Dit impliceert dat het universum de vorming van clusters van sterrenstelsels mogelijk sneller heeft versneld dan eerder werd aangenomen.
Waarom is dit van belang? Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste door zwaartekracht gebonden objecten in de kosmos en bevatten duizenden sterrenstelsels, heet gas en de mysterieuze donkere materie die hun structuur domineert. Begrijpen wanneer en hoe ze ontstaan is cruciaal voor het verfijnen van onze modellen van de distributie van donkere materie en de uitdijingssnelheid van het universum.
Hoe de ontdekking werd gedaan
De detectie van JADES-ID1 is gebaseerd op een gecombineerde aanpak: JWST identificeerde dichte groepen sterrenstelsels die gebonden zijn door de zwaartekracht, terwijl Chandra’s röntgenwaarnemingen een enorme wolk van oververhit gas onthulden die in de ontluikende cluster viel. Terwijl gas onder invloed van de zwaartekracht instort, warmt het intens op en zendt het detecteerbare röntgenstralen uit. Deze dubbele signatuur bevestigt het vroege stadium van vorming van de cluster.
“Het is alsof je kijkt hoe een lopende band een auto maakt, in plaats van alleen maar te proberen uit te vinden hoe een auto werkt door naar het eindproduct te kijken”, legt Gerrit Schellenberger van het Centrum voor Astrofysica | Harvard & Smithsonian (CfA). Deze observatie biedt een directe blik in de bouwstenen van het universum, in plaats van hun vorming af te leiden uit volwassen structuren.
Implicaties voor de kosmologie
De snelle ontwikkeling van JADES-ID1 suggereert dat het vroege universum “een enorme haast had om volwassen te worden”, aldus Akos Bogdan, de teamleider. Deze bevinding draagt bij aan een groeiende hoeveelheid bewijsmateriaal dat erop wijst dat grote sterrenstelsels en superzware zwarte gaten ook verrassend vroeg in de kosmische geschiedenis verschenen. De huidige modellen onderschatten mogelijk de efficiëntie van structuurvorming in de eerste miljard jaar na de oerknal.
“We dachten dat we een protocluster als deze twee tot drie miljard jaar na de oerknal zouden vinden – en niet slechts één miljard”, zegt Qiong Li, onderzoeker aan de Universiteit van Manchester.
In de komende miljarden jaren zal JADES-ID1 evolueren naar een volledig gevormde cluster van sterrenstelsels die lijkt op de clusters die we vandaag de dag waarnemen. Het vroege bestaan ervan dwingt wetenschappers echter om de snelheid en mechanismen van kosmische assemblage in het oude universum te heroverwegen.
Deze ontdekking markeert een belangrijke stap voorwaarts in ons begrip van de vroegste stadia van het universum, en benadrukt de noodzaak van voortdurende observaties met hoge resolutie om onze kosmologische modellen te verfijnen.
