Onderzoekers lossen het mysterie op van de 'kleine rode stippen' die zijn vastgelegd door de James Webb-ruimtetelescoop van NASA.

In een onderzoek gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters hebben auteurs Fabio Pacucci en Abraham (Avi) Loeb van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian een nieuwe verklaring voorgesteld voor enkele van de meest raadselachtige vroege sterrenstelsels in het heelal, bekend als 'kleine rode stippen'. Ze suggereren dat deze sterrenstelsels het resultaat zijn van halo's van zeer langzaam roterende donkere materie, een extreem zeldzame kosmische structuur.

Deze zwakke, compacte objecten, ontdekt op diepe ruimtebeelden van de James Webb Space Telescope (JWST) , vormen een uitdaging voor het wetenschappelijke begrip van hoe sterrenstelsels en zwarte gaten in het vroege heelal ontstonden.

Deze sterrenstelsels waren voornamelijk zichtbaar toen het heelal slechts een miljard jaar oud was, maar volgens Pacucci ontstonden ze waarschijnlijk veel eerder, tijdens een tijdperk dat bekendstaat als de kosmische dageraad. Hoewel ze ongeveer een tiende kleiner zijn dan typische sterrenstelsels, laten astronomische waarnemingen een ongewone helderheid zien. Astronomen denken dat hun opvallende rode kleur erop wijst dat ze gehuld zijn in stof of vol zitten met oudere sterren.

Astronomen debatteren al jaren over de vraag of het licht dat wij van deze objecten waarnemen afkomstig is van sterren of van centrale superzware zwarte gaten.

"De kleine rode stippen zijn verre, zeer compacte, rode sterrenstelsels die volledig onopgemerkt bleven vóór de James Webb-ruimtetelescoop", aldus Pacucci in een verklaring. Ze zijn misschien wel de meest verrassende ontdekking van JWST tot nu toe. Ons onderzoek toont aan dat ze op natuurlijke wijze kunnen ontstaan ​​in halo's van donkere materie met een zeer lage rotatiesnelheid.

"Het is een fundamenteel mysterie", zei Pacucci. "Als ze zwarte gaten bevatten, zijn ze enorm voor zulke kleine sterrenstelsels. Maar als ze alleen sterren bevatten, zijn de sterrenstelsels te compact om ze allemaal te bevatten, met een ondenkbare centrale sterdichtheid." In plaats van zich te richten op de energie die de heldere vlekken aandrijft, kozen Pacucci en Loeb voor een andere aanpak: ze onderzochten hoe deze objecten überhaupt konden ontstaan.

Halo's van donkere materie vormen de onzichtbare, roterende constructie waarrond sterrenstelsels ontstaan. In hun artikel laten de auteurs zien dat heldere vlekken zich vormen in halo's in de laagste 1% van de spinverdeling . Met andere woorden, 99% van de halo's draait sneller dan deze. Deze halo's met een lage spin zouden van nature extreem compacte sterrenstelsels creëren. Net als de schommels op een kermis: hoe sneller de halo draait, hoe meer hij uitrekt, waardoor het sterrenstelsel dat zich in het centrum vormt, uitdijt; op dezelfde manier houdt een langzame rotatie, of spin, de straal van de schommels kleiner.

Deze hypothese verklaart ook waarom heldere vlekken relatief zeldzaam zijn : ze vertegenwoordigen slechts 1% van de hoeveelheid typische sterrenstelsels, maar komen vaker voor dan quasars, de extreem heldere superzware zwarte gaten die in het centrum van sommige sterrenstelsels schijnen.

Het helpt ook te verduidelijken waarom heldere vlekken slechts gedurende een korte periode van een miljard jaar in het vroege heelal worden waargenomen. Naarmate het heelal evolueert, worden halo's van donkere materie groter en krijgen ze een groter impulsmoment, waardoor het moeilijk wordt voor compacte sterrenstelsels met een lage rotatiesnelheid .

"Halo's van donkere materie worden gekenmerkt door een rotatiesnelheid: sommige draaien heel langzaam, terwijl andere sneller draaien", aldus Loeb. "We laten zien dat als we aannemen dat de kleine rode stippen zich doorgaans in het eerste percentiel van de spinverdeling van halo's van donkere materie bevinden, al hun observationele eigenschappen verklaard worden ."

Hoewel het artikel niet ingaat op de vraag of de kleine rode stippen hun energie krijgen van sterren of zwarte gaten, wordt er wel op gewezen dat ze ideale omgevingen vormen voor de snelle groei van sterren of zwarte gaten: "Laagspinhalo's concentreren de massa doorgaans in het centrum, waardoor de accretie van materie door een zwart gat of de snelle vorming van sterren wordt vergemakkelijkt", concludeerde Pacucci.