James Webb-telescoop onthult turbulente, onregelmatige sterrenstelsels in het vroege universum

Onderzoek en belangrijkste bevindingen

Onderzoekers van de University of Cambridge analyseerden meer dan 250 waarnemingen van de James Webb Space Telescope, gericht op sterrenstelsels die ongeveer 800 miljoen tot 1,5 miljard jaar na de oerknal bestonden. In plaats van een overwicht aan gladde, roterende schijven, ontdekte het team dat de meeste sterrenstelsels in deze vroege periode onregelmatig, klonterig en dynamisch turbulent zijn.

De studie onderzocht gasbewegingen binnen een grote populatie van sterrenstelsels met een relatief lage massa en vond een breed scala aan kinematische toestanden. Sommige systemen vertonen tekenen van opkomende geordende rotatie, maar de meerderheid vertoont ongeordende gasbewegingen die consistent zijn met frequente samensmeltingen, intense perioden van stervorming en gravitationele instabiliteiten.

Techniek: NIRCam grism-spectroscopie

Het team maakte gebruik van spleetloze spectroscopie van het NIRCam-instrument van de telescoop in de grism-modus. Grisms splitsen invallend licht in golflengten over een bereik van 2,4 tot 5,0 micrometer, wat de meting mogelijk maakt van infrarode emissielijnen die de kinematica van geïoniseerd gas in kaart brengen. Het instrument biedt een spectraal oplossend vermogen in de orde van 1.600, wat gedetailleerde snelheidsmetingen binnen sterrenstelsels mogelijk maakt.

Oorspronkelijk ontwikkeld voor optische uitlijning, bieden de grisms van NIRCam zowel groothoekspectroscopie als tijdreeksmodi. Voor dit werk pasten de onderzoekers een nieuw algoritme toe op de grism-spectra en bestaande beeldvorming om gasbewegingen binnen individuele sterrenstelsels in de onderzochte steekproef in kaart te brengen.

Context en interpretatie

De resultaten helpen bij het volgen van de overgang van het tijdperk van reïonisatie naar de latere piek van kosmische stervorming, vaak "cosmic noon" genoemd. Ze laten zien hoe kleine, chaotische bouwstenen geleidelijk overgingen in meer geordende structuren, zoals de spiralen die we in het nabije heelal zien.

Volgende stappen

Publicatie

De resultaten verschijnen in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in een artikel getiteld "The Dawn of Disks: Unveiling the Turbulent Ionised Gas Kinematics of the Galaxy Population at z ~ 4–6 with JWST/NIRCam Grism Spectroscopy."