Er was veel zuurstof in het vroege heelal, onthult JWST – Physics World

Met behulp van een geavanceerde spectrograaf van de James Webb Space Telescope (JWST) hebben astronomen bewijs gevonden dat interstellaire zuurstof in veel oude sterrenstelsels veel overvloediger aanwezig was dan eerder werd gedacht. Geleid door Kimihiko Nakajima van het National Astronomical Observatory of Japan hoopt het team dat hun waarnemingen ons begrip van het vroege heelal kunnen verbeteren.

De oerknal creëerde een vroeg heelal dat bestond uit waterstof en helium, met een klein beetje lithium – en deze materie vloeide samen en vormde de eerste sterren en sterrenstelsels. Zwaardere elementen zoals zuurstof werden vervolgens gecreëerd door kernfusie in de kernen van deze sterren. Terwijl de sterren als supernova's explodeerden, werden zware elementen over hele sterrenstelsels verspreid, waardoor de chemische samenstelling van de kosmos voor altijd veranderde.

‘Metalliteit in de gasfase’ is een observationele parameter die de overvloed aan deze zwaardere elementen in sterrenstelsels beschrijft (astronomen gebruiken de term metaal voor alle elementen die zwaarder zijn dan helium). De waarde ervan is cruciaal voor het begrijpen van de evolutionaire geschiedenis van een sterrenstelsel, maar ook voor het voorspellen wanneer complexe moleculen – de mogelijke bouwstenen van het leven – kunnen ontstaan.

Betrouwbare meter

Een betrouwbare maatstaf voor de metalliciteit van een sterrenstelsel in de gasfase is de overvloed aan geïoniseerde zuurstof in het interstellaire medium. Deze overvloed kan worden bepaald door het karakteristieke licht te observeren dat door zuurstof wordt uitgezonden. Deze benadering heeft echter zijn beperkingen bij het observeren van het zeer vroege heelal.

‘Eerdere waarnemingen hadden ongeveer twee miljard jaar na de oerknal al de aanwezigheid van overvloedige zuurstof in sterrenstelsels onthuld’, legt Nakajima uit. “Het licht van sterrenstelsels die nog verder terug in de tijd bestonden, wordt echter aanzienlijk beïnvloed door de uitdijing van het heelal, waardoor het naar het nabij-infraroodbereik verschuift.”

Nu hebben Nakajima en collega's dit roodverschoven licht waargenomen met behulp van de JWST's Nabij-infraroodspectrograaf (NIRSpec) – en dit heeft hen in staat gesteld een doorbraak te bereiken in het meten van de gasfase-metalliciteit van oude sterrenstelsels.

Doorbraakwaarnemingen

“We hebben 138 oude sterrenstelsels geïdentificeerd die meer dan 12 miljard jaar geleden bestonden en hebben hun zuurstofgehalte bepaald, een analyseniveau dat vóór de lancering van JWST bijna onmogelijk was”, zegt Nakajima enthousiast. “We hebben geavanceerde analysetechnieken ontwikkeld en rigoureus toegepast op de NIRSpec-gegevens, waarbij we analyses hebben uitgevoerd op een schaal die vele malen groter is dan eerdere onderzoeken.”

JWST-spectrometer verfijnt roodverschuivingen van verre sterrenstelsels

Uit hun resultaten blijkt dat in alle door NIRSpec waargenomen oudste sterrenstelsels, op enkele na, de samenstelling van het interstellaire medium opmerkelijk bekend was. ‘De meeste sterrenstelsels hadden een zuurstofdichtheid die vergelijkbaar was met die van moderne sterrenstelsels’, zegt Nakajima. Zes van de oudste sterrenstelsels die bestonden toen het universum nog maar 500 tot 700 miljoen jaar oud was, hadden echter veel minder zuurstof dan moderne sterrenstelsels.

Met deze ontdekking kon het team nauwkeuriger vaststellen wanneer de elementaire samenstelling van het universum begon te veranderen. ‘De resultaten tonen een snelle en dramatische toename aan van de hoeveelheid zuurstof in sterrenstelsels gedurende de eerste 500 tot 700 miljoen jaar na de geboorte van het heelal’, zegt Nakajima. “Deze bevinding zou erop kunnen wijzen dat, omdat de noodzakelijke ingrediënten zoals zuurstof al voorhanden waren in het vroege heelal, het leven eerder zou kunnen zijn verschenen dan eerder werd gedacht.”

Het team speculeert dat deze plotselinge verandering veroorzaakt kan zijn door verschillen in de aard van de stervorming in het vroege heelal, en door materiaal dat in en uit de sterrenstelsels stroomt. Door verdere observaties met NIRSpec, gecombineerd met diepgaandere statistische berekeningen, zullen ze er nu naar streven een robuustere theorie op te bouwen in hun toekomstige werk.

De waarnemingen worden beschreven in De Astrophysical Journal Supplement-serie.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/lots-of-oxygen-existed-in-the-early-universe-jwst-reveals/