Met de James Webb-ruimte­telescoop kunnen astronomen dieper in het heelal kijken dan ooit. Zo hebben ze onlangs op 12 miljard lichtjaar afstand ontdekkingen gedaan die eigenlijk niet kunnen. Waarom deze waarnemingen eigenlijk onmogelijk zijn? Ze passen niet in de huidige wetenschappelijke modellen. Die zouden door deze ontdekkingen op de schop moeten.

De wetenschappers nemen aan, op basis van de bekende lichtsnelheid in vacuüm, dat de afstand die ze meten in het heelal tegelijk de leeftijd aangeeft. Als de onderzoekers iets waarnemen op 12 miljard lichtjaar, zou dat volgens deze aanname 12 miljard jaar oud zijn. Of dat klopt, is echter nog maar de vraag (zie ”Afstanden en leeftijden in het heelal”).

Uitgaande van de oerknalkosmologie zou het heelal 13,8 miljard jaar oud zijn. De eerste sterren zouden zijn verschenen na 200 miljoen jaar; de eerste balkspiraalstelsels pas na 2,8 miljard jaar (zie ”Hoe werkt de oerknalkosmologie”).

Vage stippen

Wat de astronomen hebben ontdekt in hun waarnemingen met de James Webb-ruimtetelescoop, komt daarmee niet overeen. Coauteur Erica Nelson, astrofysicus aan de Universiteit van Colorado (VS), tuurde naar een deel van een afbeelding ter grootte van een postzegel toen ze iets vreemds zag: een paar „vage stippen” van licht die veel te helder waren voor hun veronderstelde leeftijd. „Ze waren zo rood en zo helder. We hadden niet verwacht ze te zien.”

„De zes sterrenstelsels die we hebben gevonden, zijn meer dan 12 miljard jaar oud, ze dateren van slechts 500 tot 700 miljoen jaar na de oerknal”, zegt hoofdonderzoeker Ivo Labbé, astronoom van Swinburne University of Technology in het Australische Melbourne. Daarbij komt: „Ze hebben afmetingen tot 100 miljard keer de massa van onze zon.”

Het gaat dus om twee onmogelijke feiten. De zes sterrenstelsel zijn honderden miljoenen jaren te oud. Het zijn balkspiraalstelsels, zoals onze Melkweg, met een complexe, volwassen structuur. Die bestonden kennelijk miljarden jaren eerder dan astronomen op basis van hun theorieën voor mogelijk houden. „We hebben nog nooit zo vroeg na de oerknal sterrenstelsels van deze kolossale omvang waargenomen”, stelt Labbé. „Deze sterrenstelsels hebben geen tijd genoeg gehad om zich te vormen”, meent Nelson. Bovendien zijn ze veel te zwaar: ze bevatten meer massa dan toen (theoretisch) in het hele universum aanwezig zou zijn geweest.

„Het blijkt dat we iets hebben gevonden wat zo onverwacht is, dat het de wetenschap in de problemen brengt. Het trekt het hele beeld van de vroege vorming van sterrenstelsels in twijfel”, verklaart astronoom Joel Leja van de Pennsylvania State University.

De feiten en de interpretatie ervan door het team zijn solide gebleken. „Deze ontdekking zet op zijn kop waarvan velen dachten dat het vaststaande wetenschap was”, legt Leja uit. „We hebben deze objecten daarom informeel ”universumbrekers” genoemd." Volgens de wetenschappers kunnen de astronomische theorieën op twee punten fout zitten: of de theorie van de vorming van het heelal klopt niet, of de theorie van de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal zit ernaast, of beide zijn fout.

Het onderzoeksteam is alvast op zoek naar een verklaring (zie ”Alternatieve verklaring”). Labbé: „Een alternatief, al even fascinerend, is dat objecten behoren tot een nieuwe klasse van opkomende superzware zwarte gaten, die we nog nooit eerder hebben gezien.” Dat kan een voor­lopige reparatie opleveren van de oerknalkosmologie.

Maar de astronomen verwachten wel dat „het begrip van het universum enige herziening nodig heeft”. Al was het maar omdat het heelal zich veel sneller moet hebben ontwikkeld dan altijd gedacht. Ook blijft het de vraag hoe al die massa in de spiraalstelsels zo vroeg in het heelal moet worden verklaard. Labbé: „Deze eerste ontdekking is misschien wel het begin van een transformatie van ons begrip van de wereld om ons heen.”