Herinner je je die mysterieuze kleine rode stippen (KRS'en) die NASA's James Webb Space Telescope in 2022 begon te spotten? Het blijkt dat ze misschien niet zo mysterieus zijn als we dachten - of zo eenzaam. Een nieuwe studie suggereert dat deze compacte, extreem verre rode bronnen hele sterrenstelsels achter hun flitsende buitenkant zouden kunnen verbergen.
Sinds hun ontdekking hebben astronomen gedebatteerd over wat KRS'en eigenlijk zijn. Een prominente theorie is dat het superzware zwarte gaten zijn, specifiek actieve galactische kernen (AGN). Maar deze stippen gedragen zich niet zoals de AGN die we dichter bij huis zien. Ze komen veel voor bij hoge roodverschuiving, maar hun aantal neemt sterk af bij lagere roodverschuiving, wat de vraag oproept: wat gebeurt er met hen naarmate het universum ouder wordt?
Een team onder leiding van Pierluigi Rinaldi van het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona (nu bij het Space Telescope Science Institute in Baltimore) heeft mogelijk een aanwijzing gevonden. Hun studie, gepubliceerd op 29 juli in The Astrophysical Journal, suggereert dat KRS'en misschien geen aparte populatie van sterrenstelsels zijn. In plaats daarvan zou hun vreemde uiterlijk gedeeltelijk te wijten kunnen zijn aan observationele vertekening - op extreme afstanden worden de zwakkere omringende structuren gewoon onzichtbaar voor onze telescopen, waardoor alleen de heldere centrale bron overblijft.
Het team bereikte deze conclusie door een spiraalstelsel met lagere roodverschuiving te bestuderen, genaamd WISEA J123635.56+621424.2, bijgenaamd de "Saguaro" omdat zijn spiraalarmen lijken op de Sonorawoestijncactus. Dit sterrenstelsel, op roodverschuiving 2 (gezien zoals het was ongeveer 3,3 miljard jaar na de oerknal), heeft een compacte rode bron in het centrum die eruitziet als een kleine rode stip - passend bij de robijnrode vrucht van de cactus.
"Alles wat in het vroege universum is gecreëerd, moet evolueren naar iets om ons heen," zei co-auteur George Rieke van de Universiteit van Arizona. "We hadden weinig idee wat KRS'en worden, maar deze resultaten laten ons eindelijk zien hoe we hun nakomelingen kunnen vinden."
De Saguaro was een gelukkige vondst. Rinaldi onderzocht duizenden bronnen, maar deze viel op omdat een van Webb's microshutter-arrays toevallig precies boven zijn kern was gepositioneerd, waardoor spectroscopische gegevens konden worden verzameld. Bovendien gaf de lagere roodverschuiving een duidelijker beeld van zijn grotere structuur. Het team combineerde archiefwaarnemingen van Hubble (ultraviolet) en Webb (infraroodbeeldvorming en spectroscopie) om het over het elektromagnetische spectrum te bestuderen.
"Omdat de Saguaro op lagere roodverschuiving staat, kunnen we het zeer mooie en heldere gaststelsel in hoge resolutie en detail zien met Webb en Hubble," zei Zihao Wu van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Webb's waarnemingen kunnen ons helpen begrijpen hoe het sterrenstelsel en zijn kleine rode stip-achtige kern met elkaar verbonden zijn."
Het team testte of het compacte rode centrum van de Saguaro voldeed aan de KRS-kenmerken. Hubble en Webb toonden aan dat de kern helderder schijnt in UV en infrarood dan in zichtbaar licht, net als verre KRS'en. Ze scheidden ook het licht van het sterrenstelsel van het licht van de kern en controleerden op röntgenstraling. De meeste KRS'en met hoge roodverschuiving zijn onzichtbaar in röntgenstraling, maar de Saguaro zond zwakke röntgenstraling uit, gedetecteerd door NASA's Chandra X-ray Observatory.
"Wat de röntgenwaarnemingen laten zien, is dat dit sterrenstelsel een actieve galactische kern heeft, en een zeer verduisterde nog wel," zei Carys Gilbert, een masterstudent aan de Universiteit van Kaapstad. "Het is niet alleen verduisterd, maar ook zwak in röntgenstraling. Die combinatie zou het gebrek aan röntgenemissie kunnen verklaren dat we zien bij alle andere kleine rode stippen. Het past mooi in de puzzel van kleine rode stippen."
Toen kwam de onthullende test: ze verschoven de Saguaro digitaal naar hogere roodverschuivingen om te simuleren hoe het er in het vroege universum uit zou zien. Naarmate ze het verder weg bewogen, vervaagde het omringende sterrenstelsel uit het zicht, waardoor alleen het heldere KRS-achtige centrum overbleef. Dit ondersteunt het idee dat veel verre KRS'en geïsoleerd lijken, simpelweg omdat hun gaststelsels te zwak zijn om te detecteren.
"Onze theorie is dat de meeste van deze verre bronnen worden beïnvloed door dit kosmologische effect, wat een observationele vertekening creëert," zei Rinaldi. "We hebben nu een manier om de nakomelingen van KRS'en te vinden en te bestuderen, en dat opent nieuwe wegen om hun evolutie te begrijpen."