Astronomen ontdekken 'Baby Cluster' van Melkwegstelsels die Kosmische Modellen Zou Kunnen Breken

Verenigde Staten - Ekhbary Nieuwsagentschap

Astronomen onthullen onverwachte 'Baby Cluster' van Melkwegstelsels in het Vroege Universum

In een hemelse ontdekking die ons begrip van de evolutie van het vroege universum zou kunnen hervormen, hebben astronomen onlangs geïdentificeerd wat lijkt op een 'baby cluster' van melkwegstelsels – een verzameling van meer dan 66 jonge melkwegstelsels, gelegen in een uitzonderlijk verre regio van de ruimte. JADES-ID1, zoals deze proto-cluster heet, dateert van ongeveer een miljard jaar na de oerknal, een buitengewoon vroege periode in de kosmische geschiedenis. Wat bijzonder verbazingwekkend is, is dat deze cluster, ondanks dat hij zich in een 'groeiende' fase bevindt, rijper en ontwikkelingsrijker lijkt dan de huidige kosmologische modellen voor zo'n vroege epoch voorspellen. Dit maakt het een hoofdrolspeler voor de verste en vroegste proto-cluster van melkwegstelsels die ooit is gedetecteerd, en daagt de heersende theorieën uit over hoe zulke massieve kosmische structuren in de kindertijd van het universum worden gevormd.

De onthulling van JADES-ID1 werd mogelijk gemaakt door gecombineerde gegevens van NASA's James Webb Space Telescope (JWST) en de Chandra X-ray Observatory. Analyse van deze gegevens geeft aan dat de proto-cluster een immense massa bezit, geschat op ongeveer 20 biljoen keer die van ons zonnestelsel. Hoewel het grootste deel van deze massa bestaat uit onzichtbare donkere materie, heeft de Chandra-observatorium een enorme wolk van heet gas ontdekt die de cluster omringt en fel gloeit in röntgen golflengtes. De aanwezigheid van zo'n röntgenstralende 'atmosfeer' is doorgaans een kenmerk van volwassen en stabiele clusters van melkwegstelsels – een eigenschap die onverwacht wordt aangetroffen in een structuur die slechts een miljard jaar oud is.

Dr. Ákos Bogdán, een astrofysicus bij het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian en hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Nature, verklaarde: "JADES-ID1 is werkelijk de jongste cluster met een röntgenstralende atmosfeer. En deze ontdekking verlegt de grens van röntgen-proto-clusters naar veel, veel vroegere tijden dan eerdere voorbeelden." Hij voegde eraan toe dat het bestaan van zo'n massieve en geavanceerde structuur zo vroeg in de geschiedenis van het universum vragen oproept over de volledigheid van ons begrip van kosmische vormingsprocessen. "Ofwel hebben we extreem veel geluk gehad [om het te zien], of we vangen een regio van het universum die ongewoon snel groeit," voegde hij eraan toe.

Clusters van melkwegstelsels zijn cruciale onderwerpen in de kosmologie, vaak aangeduid als 'kruispunten' tussen astrofysica en kosmologie. Ze dienen als natuurlijke laboratoria voor het bestuderen van galactische interacties, de groei van supermassieve zwarte gaten en de evolutie van het kosmische web. Het begrijpen van hoe deze clusters zich over enorme uitgestrektheid van tijd en ruimte samenstellen, informeert ook onze kennis over de kosmologische parameters die het universum vormen. Dr. Elena Rasia, een astrofysicus aan de Universiteit van Michigan die niet bij de studie betrokken was, merkte op: "Clusters van melkwegstelsels worden vaak aangeduid als 'kruispunten' tussen astrofysica en kosmologie." Ze suggereerde dat deze unieke proto-cluster, JADES-ID1, vanuit beide perspectieven significant zou kunnen zijn.

Standaardmodellen van clusterformatie voorspellen dat een structuur van deze omvang en rijpheid niet zo vroeg in de geschiedenis van het universum zou moeten bestaan. Bovendien, als JADES-ID1 zijn overvloedige groei zou voortzetten, zou het uiteindelijk een anomalisch grote, volledig gevormde cluster van melkwegstelsels worden. De vraag of het bestaan ervan werkelijk een herschrijving van leerboeken vereist, blijft echter nog onderzocht. Professor Klaus Dolag, een computergestuurde astrofysicus aan de Ludwig Maximilian Universiteit van München, die niet deelnam aan de JADES-ID1-studies, erkent dat hoewel "we niet volledig begrijpen hoe zulke structuren kunnen vormen en zo vroeg zo geavanceerd lijken", er mogelijk al aanwijzingen zijn van wat er gebeurt. In een eerdere studie voerden Dolag en collega's simulaties uit van de vorming van proto-clusters die ongeveer een half miljard jaar later plaatsvonden dan JADES-ID1, en ontdekten dat veel van die virtuele objecten tegen die tijd detecteerbare röntgenatmosferen hadden ontwikkeld. Cruciaal is dat geen van de grootste en vroegste proto-clusters uit de studie van 2023 supergrote clusters van melkwegstelsels werden naarmate de simulatie vorderde naar de moderne tijd. In plaats daarvan vertraagde hun groei naarmate ze volwassen werden en hun omringende gasreserves uitputten. Als dit gedrag waar is voor JADES-ID1, zou de waargenomen vroege, aanzienlijke omvang minder mysterieus kunnen zijn.

Niettemin merkt Professor Stefano Borgani, een astrofysicus aan de Universiteit van Triëst in Italië, die niet bij een van deze studies betrokken was, op dat de detectie van röntgenstralen van JADES-ID1 en andere vroege proto-clusters de grenzen van de Chandra-telescoop opzoekt. Dit maakt het voor onderzoekers moeilijk om nauwkeurig in te schatten wat ze weten over deze extreme systemen. "Een duidelijker begrip van of [JADES-ID1] ons huidige begrip van de vorming van kosmische structuren uitdaagt, zal moeten wachten op een volgende generatie röntgen-telescopen" met grotere gevoeligheid naast het scherpe zicht van Chandra, zei hij. Dr. Bogdán is het eens over de noodzaak om meer proto-clusters van vergelijkbare leeftijd te bestuderen. "De volgende stappen moeten zijn het vinden van meer systemen zoals dit en het opbouwen van grotere samples van proto-clusters in het vroege universum, zodat we niet afhankelijk zijn van één enkel object," drong hij aan.

Het oplossen van het mysterie van deze volwassen 'baby cluster' belooft belangrijke doorbraken, ongeacht de uitkomst, aldus Dolag. "Ofwel leren we iets nieuws over de complexe interactie van verschillende fysische processen die de vorming van melkwegstelsels vormgeven – of we leren dat er inderdaad een defect is in ons algemene achtergrondmodel van de kosmologie dat ons ertoe aanzet om te veel te vereenvoudigen." De ontdekking van JADES-ID1 biedt een uniek venster op de vormende tijdperken van het universum, en verfijnt potentieel onze modellen van structuurvorming en de fundamentele parameters die de kosmos regeren.

Ekhbary Nieuwsagentschap