Verste 'kwalstelsel' ooit gedetecteerd door astronomen

Wat is een kwalstelsel?

Een kwalstelsel (of jellyfish galaxy) is een uniek type hemellichaam dat wordt gevonden in dichte clusters van sterrenstelsels. Het wordt gekenmerkt door lange, slepende "tentakels" van gas en jonge sterren die doen denken aan de mariene ongewervelde. Deze tentakelachtige stromen worden gevormd door een gewelddadige interactie met de omringende omgeving, specifiek wanneer een sterrenstelsel met hoge snelheid door een hete, dichte cluster van andere sterrenstelsels beweegt.

Dr. Ian Roberts, een Banting Postdoctoral Fellow bij het Waterloo Centre for Astrophysics, identificeerde onlangs een prominent voorbeeld van dit fenomeen in het verre universum. De visuele morfologie van een kwalstelsel wordt gedefinieerd door een standaard galactische schijf gekoppeld aan heldere blauwe knopen van jonge sterren die zich in de slepende gasstaarten bevinden. Deze sterren worden niet geboren in het hoofdgedeelte van het sterrenstelsel, maar ontstaan in het gestripte gas terwijl dit in het intra-cluster medium wordt getrokken.

Waarneming van deze structuren vereist geavanceerde instrumentatie, aangezien de "tentakels" vaak zwak zijn en worden verduisterd door de enorme afstanden in de diepe ruimte. In het geval van de ontdekking door de University of Waterloo maakten wetenschappers gebruik van de James Webb Space Telescope (JWST) om deze delicate kenmerken op een recordafstand in beeld te brengen. De gegevens onthulden dat zelfs 8,5 miljard jaar geleden sterrenstelsels al de fysieke transformaties ondergingen die nodig zijn om deze opvallende, kwalachtige verschijningen te produceren.

Wat is ram-pressure stripping in sterrenstelsels?

Ram-pressure stripping is het astrofysische proces waarbij het gas in een sterrenstelsel met geweld wordt verwijderd door de druk van het intra-cluster medium terwijl het stelsel door een cluster beweegt. Deze "wind" van heet, dicht gas fungeert als een fysieke barrière die het interne koude gas van het sterrenstelsel uit zijn zwaartekrachtput en in de omringende ruimte duwt.

De mechanica van ram-pressure stripping wordt vaak vergeleken met de ervaring van iemand die tegen een sterke tegenwind in fietst, waarbij de kracht van de lucht tegen die persoon in duwt. In het vacuüm van de ruimte bestaat deze "wind" echter uit het diffuse maar extreem hete plasma dat clusters van sterrenstelsels doordringt. Wanneer een sterrenstelsel met hoge snelheden naar het centrum van een cluster valt, wordt de druk zo intens dat deze de eigen zwaartekracht van het stelsel overwint, wat leidt tot de vorming van de lange slierten gas die de kwal-morfologie definiëren.

Volgens het onderzoek gepubliceerd in The Astrophysical Journal is dit proces fundamenteel voor de levenscyclus van een sterrenstelsel. Door het koude gas te verwijderen dat nodig is voor stervorming, zorgt ram-pressure stripping ervoor dat een sterrenstelsel effectief "uitdooft" (quenches), wat uiteindelijk leidt tot zijn dood als een "rood en dood" ellipsvormig object. De waarneming van dit proces door het team van de University of Waterloo op een dergelijke hoge roodverschuiving (z=1,156) suggereert dat deze gewelddadige interacties met de omgeving veel eerder in de kosmische geschiedenis plaatsvonden dan voorheen was gemodelleerd.

De ontdekking van COSMOS2020-635829

De ontdekking van het kandidaat-kwalstelsel dat bekendstaat als COSMOS2020-635829 vertegenwoordigt een mijlpaal in de observationele astronomie en markeert het verste object van dit type dat ooit is geregistreerd op z = 1,156. Door dit object in het COSMOS-veld te identificeren, hebben onderzoekers de tijdlijn verschoven van wanneer bekend was dat deze actieve stripprocessen in het vroege universum plaatsvonden.

Wetenschappers van het Waterloo Centre for Astrophysics deden de ontdekking tijdens het analyseren van gegevens uit de Cosmic Evolution Survey Deep field (COSMOS). Dit specifieke stukje hemel is een belangrijk doelwit voor telescopen zoals de JWST omdat het ver van het vlak van de Melkweg ligt, wat een onbelemmerd zicht biedt op het verre universum zonder interferentie van lokale sterren of stof. Omdat het veld vanaf beide halfronden zichtbaar is, biedt het een gestandaardiseerde regio voor multi-golflengte studies naar galactische evolutie.

De nabij-infrarood-capaciteiten van de JWST waren essentieel bij het detecteren van de heldere blauwe knopen en de zwakke gassporen van COSMOS2020-635829. Bij een roodverschuiving van 1,156 heeft het licht van dit sterrenstelsel ongeveer 8,5 miljard jaar gereisd voordat het de spiegels van de telescoop bereikte. "We zochten door een grote hoeveelheid gegevens uit deze goed bestudeerde regio... in de hoop kwalstelsels te ontdekken die nog niet eerder waren bestudeerd," zei Dr. Ian Roberts in een persbericht gedateerd 17 februari 2026. De onmiddellijke identificatie van dit ongedocumenteerde sterrenstelsel onderstreept de ongekende gevoeligheid van moderne ruimteobservatoria.

Waarom is de ontdekking van COSMOS2020-635829 belangrijk voor het vroege heelal?

De ontdekking van COSMOS2020-635829 is van groot belang omdat het bewijst dat ram-pressure stripping 8,5 miljard jaar geleden al actief sterrenstelsels transformeerde, veel eerder dan de huidige modellen van clustervorming voorspelden. Deze bevinding suggereert dat het vroege heelal al "barre" omgevingen bevatte die in staat waren om gas uit sterrenstelsels te strippen en hun eigenschappen te veranderen tijdens een periode van snelle kosmische groei.

Vóór dit onderzoek geloofden veel astrofysici dat clusters van sterrenstelsels 8,5 miljard jaar geleden nog in hun prille, ongeorganiseerde stadia verkeerden. Er werd getheoretiseerd dat het intra-cluster medium nog niet dicht of heet genoeg was om de aanzienlijke ramdruk uit te oefenen die nodig is om kwalstelsels te creëren. De bevindingen van het team van de University of Waterloo dagen deze tijdlijn echter uit en geven aan dat clusters al veel eerder dan verwacht volgroeid genoeg waren om sterrenstelsels te "doden" via gasstripping.

De implicaties van dit onderzoek strekken zich uit tot ons begrip van het moderne universum en zijn grote populatie van "dode" sterrenstelsels. Dr. Ian Roberts merkt op dat de barre clusteromgevingen die in de JWST-gegevens worden waargenomen waarschijnlijk een fundamentele rol hebben gespeeld in het opbouwen van de grote populatie van sterrenstelsels zonder stervorming die we vandaag de dag in clusters zien. Door deze getransformeerde sterrenstelsels in hun vroege stadia te observeren, kunnen onderzoekers de overgang van actieve, gasrijke spiralen naar de slapende, gasarme toestanden die veel volwassen clusters kenmerken, beter in kaart brengen.

In de toekomst heeft het team uit Waterloo al extra observatietijd aangevraagd op de James Webb Space Telescope om vervolgstudies uit te voeren. Toekomstige gegevens zullen een meer gedetailleerde spectroscopische analyse van het slepende gas en de leeftijden van de sterren in de "tentakels" mogelijk maken. Dit zal meer duidelijkheid verschaffen over de snelheid van het ram-pressure stripping proces en hoe dit varieerde over verschillende tijdperken van de 13,8 miljard jaar oude geschiedenis van het universum.

• Titel van het primaire onderzoek: JWST Reveals a Candidate Jellyfish Galaxy at z = 1.156
• Hoofdauteur: Dr. Ian Roberts, University of Waterloo
• Publicatie: The Astrophysical Journal (DOI: 10.3847/1538-4357/ae3824)
• Belangrijkste meetwaarde: Roodverschuiving z = 1,156 (8,5 miljard jaar terugkijktijd)
• Observatorium: James Webb Space Telescope (JWST)