Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit Leiden deed de ontdekking met de James Webb Space Telescope (JWST). De onderzoekers bestudeerden negen zware sterrenstelsels die hun belangrijkste periode van stervorming al lang achter de rug hebben. Door de extreem diepe spectra van JWST te combineren met eerdere waarnemingen van de Very Large Telescope konden zij voor het eerst bepalen hoeveel kleine sterren zich in zulke verre sterrenstelsels bevinden.
Astronomen ontleden het licht van een sterrenstelsel in een spectrum, waarin subtiele verschillen tussen de kleuren verraden welke sterren het stelsel bevat. Dat spectrum wordt gedomineerd door zware, heldere sterren, waardoor de veel zwakkere kleine sterren moeilijk te herkennen zijn. “Als een sterrenstelsel een stad was, zouden de helderste sterren de wolkenkrabbers zijn die je van veraf meteen ziet," zegt eerste auteur Chloe Cheng (Universiteit Leiden), die in juni op onder andere dit onderzoek promoveerde. “Onze modellen laten zien dat achter de helderste sterren nog een veel talrijkere populatie kleine sterren schuilgaat, als huizen tussen de wolkenkrabbers. Daardoor blijkt het sterrenstelsel uiteindelijk veel zwaarder te zijn dan eerdere schattingen lieten zien.”
Tot nu toe namen astronomen aan dat sterren overal in het heelal in ongeveer dezelfde verhouding werden geboren. De nieuwe resultaten laten zien dat de zwaarste sterrenstelsels uit het vroege heelal een groter aandeel lichte sterren bevatten dan minder zware sterrenstelsels, zoals onze eigen Melkweg. Voor één van de onderzochte stelsels is het effect bijzonder groot. Dat stelsel ontstond waarschijnlijk minder dan anderhalf miljard jaar na de oerknal en blijkt mogelijk vier keer zo zwaar als eerdere schattingen aangaven.
“Dit soort metingen was tot voor kort simpelweg niet mogelijk,” zegt mede-auteur Martje Slob (Universiteit Leiden). “We hadden niet alleen een telescoop nodig die voldoende licht opvangt, maar ook spectra van uitzonderlijke kwaliteit én nieuwe analysetechnieken om de subtiele kenmerken van kleine sterren betrouwbaar te kunnen onderscheiden.”
Verrassend zware sterrenstelsels
De ontdekking heeft belangrijke gevolgen voor ons begrip van het jonge heelal. Sinds de lancering van JWST hebben astronomen verrassend zware sterrenstelsels gevonden die al kort na de oerknal bestonden. De nieuwe resultaten suggereren dat deze sterrenstelsels waarschijnlijk nog zwaarder waren dan gedacht. Modellen voor de vorming van sterrenstelsels moeten nu verklaren hoe zulke enorme hoeveelheden sterren zo vroeg in de geschiedenis van het heelal konden ontstaan.
“Dit resultaat laat zien dat veel meer massa dan gedacht verborgen zit in kleine sterren,” zegt hoogleraar Mariska Kriek, die het onderzoek leidde. “Dat heeft gevolgen voor allerlei gebieden binnen de sterrenkunde. Omdat veel planeten om kleine sterren draaien, kan het zelfs betekenen dat er in het vroege heelal meer planeten zijn ontstaan dan we tot nu toe aannamen.”
De onderzoekers willen hun methode de komende jaren toepassen op nog vroegere sterrenstelsels. Zo hopen ze steeds dichter te komen bij de periode waarin de eerste generaties sterren en sterrenstelsels ontstonden.