James Webb-telescoop maakt prachtige foto’s, maar waar kijken we nou eigenlijk naar?
De verwachtingen van sterrenkundigen worden al meer dan een jaar overtroffen door de prachtige beelden van de James Webb-telescoop. De foto’s zijn fascinerend om te zien, maar waar kijken we nou eigenlijk naar? Universitair docent Melissa McClure legt uit.
McClure is de leider van een onderzoeksteam dat als een van de eerste ter wereld met de James Webb-telescoop mocht meten. Zij koos vier favoriete afbeeldingen uit om toe te lichten.
De vroegste sterrenstelsels
‘Zo’n 20 jaar geleden liet een groep astronomen de Hubble-telescoop een tijd lang focussen op een donker stuk ruimte zonder tot dan toe bekende sterren of sterrenstelsels. Na een belichtingstijd van in totaal 11 dagen kwam er een foto uit met bijna 10.000 sterrenstelsels, waaronder enkele van de oudste die ooit zijn gezien.’
Dit wilden onderzoekers herhalen met de James Webb-telescoop, die nog oudere sterrenstelsels kan waarnemen. McClure: ‘Licht van oude sterren verschuift na miljarden jaren steeds meer van UV- en zichtbaar licht naar infrarood licht. Wie de oudste sterrenstelsels wil zien, zal dus met zijn telescoop infrarood licht moeten opvangen.’ En dat kan James Webb als geen ander. Het resultaat is een foto waarop een enorme hoeveelheid oude sterrenstelsels te zien is.
Het uitgelichte sterrenstel op de foto (zie vierkantje) komt uit de tijd toen het universum nog maar 350 miljoen jaar oud was. ‘Dit is daarmee het oudste sterrenstelsel dat we ooit hebben waargenomen. Dankzij dit soort foto’s kunnen we verschillen onderzoeken tussen oude en jongere sterrenstelsels. Een volgende stap is om te kijken of we kunnen vaststellen welke elementen er precies aanwezig zijn in deze oude sterrenstelsels.’
Botsing van sterrenstelsels
Hoe ziet een verkeersongeluk van intergalactische proporties eruit? Zo dus. ‘Op deze foto is een groot elliptisch sterrenstelsel te zien dat met hoge snelheid in botsing is gekomen met een kleiner sterrenstelsel. Het resultaat is dit prachtige beeld.’
De botsing vond plaats toen een klein sterrenstelsel het centrum van het grote sterrenstelsel op de foto doorboorde. ‘Dit veroorzaakte een schokgolf die materiaal wegblies uit het centrum, waardoor de buitenste ring aan de rand van het sterrenstelsel ontstond. Door de rotatie van het sterrenstelsel ontstonden grote spiraalarmen die de binnenste met de buitenste ring verbinden. Die spiraalarmen lijken op spaken in een karrenwiel, en daarom wordt dit sterrenstelsel het Cartwheel Galaxy genoemd.’
In het centrum van het sterrenstelsel bevindt zich een enorme hoeveelheid heet stof. Daartussen zijn heldere plekken te zien, waar gigantische clusters van jonge sterren zich bevinden. In de buitenste ring, die zich nog steeds uitbreidt, worden sterren gevormd en vinden supernova’s (explosies van jonge sterren) plaats.
‘Dankzij dit gedetailleerde beeld kunnen sterrenkundigen bevestiging krijgen voor hun theorieën over de vorming van dit sterrenstelsel. De aanwezigheid van zoveel stof in de buitenste ring, bevestigt dat hier twee sterrenstelsels met elkaar in botsing zijn gekomen.’
Zuilen der schepping
Deze ‘Pillars of Creation’ werden al in 1995 voor het eerst vastgelegd door de Hubble-telescoop, maar nog nooit zagen we ze met zoveel details. Hoe zijn deze fascinerende vormen ontstaan? ‘Deze zuilen bestaan uit wolken vol met moleculair gas en stof. Op deze plek van het universum staat een sterke sterrenwind, die de wolk gedeeltelijk heeft weggeblazen. De bovenkant van de zuilen bestaat uit een dichtere concentratie moleculair sterrenstof, die een gedeelte van de wolken beschermen tegen de sterrenwind.’
Infrarood licht van sterren binnenin de stofwolk, kan worden opgevangen door de James Webb-telescoop. ‘Daardoor kijken we voor het eerst in de wolken. We zien dat daarbinnen talloze nieuwe sterren ontstaan, met mogelijk ook nieuwe planeten eromheen. Daarom noemen we deze wolken de “zuilen der schepping”.’
Deze jonge sterren zijn te zien als kleine rode stippen. ‘Het licht dat ze uitzenden lijkt rood omdat het stof het andere licht tegenhoudt. Daarom zijn zonsondergangen hier op aarde ook vaak rood.’ Ook aan de bovenkant van de zuilen zijn rode plekken te zien. ‘Deze worden veroorzaakt door het hete gas dat ontstaat bij de vorming van hele jonge sterren. Deze sterren zijn zelf niet zichtbaar, maar het gas dat zij uitstoten wel.’
Pasgeboren protosterren
Een protoster is een heel jonge ster die nog massa aan het verzamelen is van de moleculaire wolk waaruit hij is ontstaan. De protoster ‘eet’ massa vanuit de moleculaire wolk in onregelmatige intervallen, zo legt McClure uit. ‘Als de protoster een grote maaltijd heeft gegeten, laat die een soort boeren, waarbij materiaal naar buiten wordt geblazen. Op deze foto is een protoster te zien met aan de boven- en onderkant uitstromingen van dat soort boeren, in de vorm van een zandloper. Na zo’n boer is het weer een tijdje rustig, waarna het opnieuw een boer laat.’
Al die boeren laten dus sporen achter, die we nu voor het eerst in detail kunnen zien. ‘Door meer van deze protosterren te bestuderen, kunnen we meer leren over de timing van die boeren, en het effect dat ze hebben op de omliggende moleculaire wolk.’
Links op de afbeelding zijn een aantal oranje sterren te zien met zes stralen. Dat komt door de zeshoekige vorm van de spiegels van James Webb. ‘De ster heeft geen fysieke structuur die de vorm van de stralen produceert, het is slechts een verschijnsel dat veroorzaakt wordt door de spiegels. Als je een andere vorm spiegel zou gebruiken, krijg je een ander patroon. Zo zie je dat de ronde spiegels van de Hubble-telescoop zorgen voor vier stralen.’ De grootte van de stralen wordt wel door eigenschappen van de ster bepaald. ‘Hoe feller de ster, hoe langer de stralen worden.’
Tekst: Tom Janssen
Beeld: Fien Leeflang
Foto's: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team