De vraag naar waar die eerste vrije fotonen vandaan kwamen, heeft astrofysici lang beziggehouden. In de eerste momenten na de Oerknal was de ruimte gevuld met heet, dicht, geïoniseerd plasma. Rond 300.000 jaar na de Oerknal zorgden uitbreiding en afkoeling van het universum ervoor dat neutrale waterstofatomen ontstonden. Het licht uit de kosmische dageraad, toen de eerste sterren ontstonden, ioniseerde diezelfde waterstof weer en markeerde zo het begin van de kosmische reionisatie. Tegen 1 miljard jaar na de Oerknal was het heelal volledig gere-ioniseerd.
Hoe ze het hebben onderzocht
De bevindingen komen uit waarnemingen met de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) en de Hubble-ruimtetelescoop. De onderzoekers richtten zich op het sterrenhopencluster Abell 2744, dat door zijn gravitationele lenswerking ver weg gelegen lichtbronnen vergrootte. Daardoor konden ze gedetailleerde spectra krijgen van de kleine dwergstelsels die het vroege heelal bewoonden.
Astrofysicus Hakim Atek van het Institut d’Astrophysique de Paris leidde een internationaal team dat deze resultaten publiceerde in Nature in februari 2024. Samen met collega’s als Iryna Chemerynska en Themiya Nanayakkara werd de belangrijke rol van deze dwergstelsels genoemd als kosmische energiebronnen.
Wat ze ontdekten
Het onderzoek liet zien dat dwergstelsels, ondanks hun geringe formaat, opvallend helder zijn en veel vrije fotonen produceren. Dwergstelsels blijken het meest voorkomende type sterrenstelsel in het vroege heelal en overtroffen grotere sterrenstelsels in aantal met 100 tegen 1. Hun gezamenlijke productie van ioniserende straling blijkt ongeveer vier keer zo groot te zijn als die van grotere sterrenstelsels, genoeg om de kosmische reionisatie mogelijk te maken.
Iryna Chemerynska zegt: “Deze ontdekking toont hoe belangrijk ultra-zwakke dwergstelsels zijn in de vroege evolutie van het heelal. Ze produceren ioniserende fotonen die neutraal waterstof omzetten tijdens de kosmische reionisatie.” Dit benadrukt de rol van laag-massastelsels in de vorming van de geschiedenis van het heelal.
Wat dit betekent en vervolgonderzoek
Het huidige onderzoek behandelde slechts een deel van de hemel; de onderzoekers willen meer gebieden met kosmische lenzen bestuderen. Daarmee kunnen ze nagaan of deze waarnemingen representatief zijn voor de kosmische dageraad als geheel. Themiya Nanayakkara merkte op: “We zijn met de JWST een nieuw gebied binnengegaan. Dit werk roept veel spannende vragen op die we moeten beantwoorden om de evolutionaire geschiedenis van onze oorsprong in kaart te brengen.”
Deze resultaten zijn niet alleen een stap vooruit voor de wetenschap, maar ook een vertrekpunt voor toekomstige ontdekkingen over het vroege heelal. Terwijl we verder onderzoeken hoe de eerste structuren ontstonden, nodigen deze bevindingen uit om dieper te kijken in de onbekende lagen van het kosmische verleden. De geheimen van de kosmische dageraad geven niet alleen een fascinerend beeld van ons verleden, ze inspireren ook tot nieuwe ontdekkingen.
