Astronomen hebben ontdekt dat sommige van de grootste sterrenstelsels in het vroege universum stiekem een heleboel kleine sterren verborgen hielden, waardoor ze mogelijk vier keer massiever zijn dan we eerder dachten. Het is alsof je ontdekt dat de bescheiden rijtjeshuis van je buurman een geheime ondergrondse villa heeft.

Het internationale team, waaronder onderzoekers van Penn State, publiceerden hun bevindingen in Nature Astronomy, wat weer een extra hoofdpijn oplevert voor wetenschappers die proberen te begrijpen hoe de eerste sterrenstelsels ontstonden en evolueerden.

Met behulp van NASA's James Webb Space Telescope (JWST) keken de onderzoekers naar negen massieve, volwassen sterrenstelsels die miljarden jaren geleden stopten met het vormen van nieuwe sterren. Ze combineerden JWST's waarnemingen van het verre universum met eerdere grondgebaseerde gegevens van de Very Large Telescope - want waarom zou je één krachtige telescoop gebruiken als je er twee kunt gebruiken?

Voor het eerst konden ze betrouwbaar de relatieve aantallen van kleine, zwakke sterren en grotere, helderdere sterren in sterrenstelsels op zulke duizelingwekkende afstanden schatten.

"Deze sterrenstelsels zijn anders," zei Joel Leja, de Dr. Keiko Miwa Ross Mid-Career Associate Professor of Astronomy and Astrophysics aan Penn State en co-auteur van het artikel. "Ze zijn anders op een manier die echt moeilijk te begrijpen is, omdat ze massiever zijn dan we verwachtten - zoals veel massiever, ze hebben drie of vier keer meer massa dan we verwachtten." Met andere woorden, het universum blijft ons verrassen, en niet altijd op een goede manier.

De astronomen scheidden het licht van elk sterrenstelsel in een spectrum, op zoek naar kleine variaties in kleur die onthullen welke soorten sterren aanwezig zijn. Het addertje onder het gras: grote, heldere sterren stelen de show, terwijl kleinere sterren verlegen zijn en moeilijk te spotten. Penn State-onderzoekers leverden expertise en begeleiding voor het modelleren van het licht van deze sterrenstelselsystemen.

"Als een sterrenstelsel een stad was, zouden de helderste sterren de wolkenkrabbers zijn die je van veraf onmiddellijk opvallen," zei hoofdauteur Chloe Cheng, een recent afgestudeerde doctoraatsstudent aan de Universiteit Leiden. "Onze modellen tonen aan dat een veel talrijkere populatie van sterren met een lage massa verborgen is achter die zeldzame, heldere sterren, zoals huizen die verborgen zijn tussen wolkenkrabbers. Als gevolg daarvan blijkt dit sterrenstelsel veel massiever te zijn dan eerdere schattingen suggereerden." Dus eigenlijk zit het universum vol met kosmische buitenwijken.

Traditioneel gingen astronomen ervan uit dat sterren in ongeveer gelijke verhoudingen door het hele universum werden gevormd, maar deze bevindingen dagen die lang bestaande aanname uit. De meest massieve sterrenstelsels in het vroege universum lijken vol te zitten met meer sterren met een lage massa dan kleinere sterrenstelsels zoals onze Melkweg.

Eén sterrenstelsel sprong eruit, volgens co-auteur Martje Slob, een promovendus aan de Universiteit Leiden. Het vormde zich waarschijnlijk minder dan anderhalf miljard jaar na de oerknal en zou tot vier keer massiever kunnen zijn dan eerder berekend.

"Tot voor kort waren dit soort metingen simpelweg onmogelijk," zei Slob. "We hadden niet alleen een telescoop nodig die zeer verre sterrenstelsels kan vergroten, maar ook spectra van uitzonderlijke kwaliteit en nieuwe analysetechnieken om de subtiele kenmerken van zwakke, laagmassieve sterren die verborgen zitten in deze kosmische titanen betrouwbaar te detecteren." Want blijkbaar spelen de grootste sterrenstelsels van het universum graag verstoppertje.

Deze bevindingen hebben grote implicaties voor het begrijpen van hoe sterrenstelsels zich ontwikkelden in het jonge universum. Sinds JWST begon met waarnemen, hebben astronomen herhaaldelijk onverwacht massieve en volwassen sterrenstelsels gevonden die al kort na de oerknal bestonden, wat druk zet op bestaande modellen van sterrenstelselvorming.

"Deze ontdekking heeft cruciale implicaties voor ons begrip van het vroege universum," zei Leja, die ook verbonden is aan het Penn State Institute for Computational and Data Sciences. "Sinds de lancering van JWST hebben astronomen verrassend massieve en volwassen sterrenstelsels gevonden die al kort na de oerknal bestonden. Deze zeer vroege sterrenstelsels zouden naar verwachting evolueren naar het type sterrenstelsels dat bestudeerd wordt in..."