Sinds de James Webb begin deze zomer operationeel werd, heeft die niet enkel mooie plaatjes gemaakt. Het primaire doel van de ruimtetelescoop was immers om de eerste sterrenstelsels die ontstaan zijn na de oerknal te vinden. 

De essentie: De James Webb ontdekt nu steeds meer sterrenstelsels die slechts enkele honderden miljoenen jaren na het ontstaan van het universum bestonden. 

• Twee sterrenstelsels die werden gevonden, worden geschat respectievelijk 350 en 450 miljoen jaar na de oerknal te zijn ontstaan. Arjen van der Wel, professor astronomie bij de UGent, vertelt aan Business AM dat dit de oudste objecten zijn die tot nu toe werden geobserveerd.
• “De nu gevonden sterrenstelsels zijn zeker de oudste objecten waar we nu het bestaan van kennen.”
• Volgens van der Wel wisten wetenschappers wel al dat sterrenstelsels zo vroeg konden vormen. In 2016 ontdekte de ruimtetelescoop Hubble bijvoorbeeld al een sterrenstelsel dat wellicht zo’n 420 miljoen jaar na het ontstaan van het universum bestond.
• “Deze claim is niet geheel zonder controverse”, nuanceert van der Wel. “Niet iedereen heeft de ontdekking geaccepteerd; het is een zodanig bizar helder object dat ook diegenen die de meting van roodverschuiving accepteerden, niet wisten wat ervan te maken en het zou een uniek object kunnen zijn, met heel veel geluk gevonden.”
• Dat laatste zou betekenen dat James Webb het niet per se gemakkelijk zou hebben dergelijke objecten te vinden, zegt van der Wel. Nu blijkt echter dat dit wel het geval is.
• “Nu meer van dergelijke relatief heldere objecten worden gevonden met de James Webb, lijdt het geen twijfel meer dat grote sterrenstelsels al vroeg bestaan, en dat is onverwacht. Dat een groot aantal kleine sterrenstelsels rond die tijd ontstaat is vanuit theoretisch oogpunt te verwachten, maar die verwachtten we pas later te vinden, als de kwaliteit van de waarnemingen van James Webb nog beter wordt”, zegt van der Wel.

De eerste sterren

Maar: Volgens van der Wel is nog altijd niet bekend wanneer de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden.

• “Het kan goed zijn dat de eerste sterren al 50 tot 100 miljoen jaar na de oerknal zijn ontstaan, maar dat dit niet meteen tot de vorming van sterrenstelsels leidde”, zegt van der Wel. 
• Het zou in dat geval gaan om zogenaamde Populatie III-sterren. Dat zijn theoretische sterren met een enorme massa en een zeer korte levensduur die in het vroege universum bestaan moeten hebben. Populatie III-sterren zouden zijn ontstaan toen er nog geen zwaardere elementen waren in het universum. Zij zouden verantwoordelijk zijn voor de creatie van atomen zwaarder dan helium.
• “De eerste Populatie III-sterren, waarschijnlijk geteld in niet meer dan miljoenen, vormen zwaardere elementen en verrijken daarmee het gas op zeer korte tijd, waarna er miljarden sterren met zwaardere elementen kunnen vormen uit dat verrijkte gas. Het is hoogstwaarschijnlijk niet mogelijk om een groot aantal sterren te vormen zonder die zwaardere elementen”, zegt van der Wel.
• Het is tot nu toe echter nog niet mogelijk om zo ver terug in de tijd te kijken. Sommige wetenschappers hopen toch dat de James Webb Populatie III-sterren zou kunnen vinden. 

Terug in de tijd

Tussen de lijntjes: Hoe kan de James Webb terug in de tijd kijken?

• De James Webb is ontworpen om vanuit de ruimte zeer zwakke lichtbronnen en infraroodstraling te detecteren. “De reden dat James Webb zich in de ruimte bevindt, is om niet door de warme aardatmosfeer heen te moeten kijken en om de telescoop zeer koud te maken, zodat die zijn eigen infraroodstraling niet waarneemt”, zegt van der Wel.
• Infraroodlicht is een belangrijk hulpmiddel bij het bestuderen van het universum. Niet alleen kan het makkelijker door stof en gas reizen dan licht in het visuele spectrum, ook geven jonge sterren en planeten veel infraroodstraling af omdat ze nog niet helemaal op temperatuur zijn.
• Maar wellicht het belangrijkste nut is dat infraroodstraling van extreem verre objecten kan worden gedecteerd met de James Webb. Door de expansie van het universum bevinden die objecten zich immers steeds verder van de aarde. 
• Lichtgolven die zij uitzonden, worden daardoor steeds langer. Uiteindelijk worden zij uitgerokken tot in het infrarode spectrum, waardoor optische telescopen ze niet meer kunnen waarnemen. Dat fenomeen heet de roodverschuiving, of redshift.
• De James Webb kan echter infraroodstraling detecteren van objecten met een zeer hoge redshift. Dat stelt hem in staat om lichtgolven op te vangen die al enorm lang onderweg zijn, in dit geval al meer dan 13,4 miljard jaar. Het licht heeft immers een eindige snelheid. 
• Hoe langer licht onderweg is, hoe meer we dus terug in de tijd kunnen kijken. Als we bijvoorbeeld naar een ster kijken waarvan het licht 10 miljard jaar onderweg was, zien we in feite hoe die ster er 10 miljard jaar geleden uitzag.

De toekomst

En nu: Volgens van der Wel zal in de nabije toekomst nog veel kennis worden opgedaan over het vroege universum.

• “Vooralsnog zijn de meeste kandidaat-sterrenstelsels gevonden door beelden te bestuderen, zonder directe metingen van de roodverschuivingen. Dat begint nu te veranderen.” In een artikel dat binnenkort in vakblad Nature zal verschijnen, zullen de metingen van roodverschuivingen van een aantal objecten worden gepresenteerd, zegt van der Wel.
• “Daarnaast zullen er meer en nog diepere beelden met de James Webb worden verkregen. Daarmee kunnen we de totale aantallen sterren en sterrenstelsels als functie van roodverschuiving in kaart brengen.”
• Ook andere telescopen zullen worden gebruikt om verre sterrenstelsels te bestuderen, zegt de sterrenkundige. “Op hoge roodverschuivingen wordt het echter zeer moeilijk voor andere telescopen en zal vrijwel alle informatie van de James Webb komen” concludeert van der Wel.