26 augustus 2019

ALMA en VLT onderzoeken verrassend stofrijk en ver ontwikkeld stelsel

Locatie van het verre, stofrijke sterrenstelsel A1689-zD1 achter de cluster Abell 1689 (Credit: NASA/ESO).

Een van de verste sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen heeft de eerste detectie opgeleverd van een afgelegen stervormingsgebied. Deze detectie wijst erop dat de evolutie van sterrenstelsels al kort na de oerknal op gang is gekomen. Bij de nieuwe waarnemingen hebben astronomen ALMA gebruikt om de zwakke gloed van koud stof in het sterrenstelsel A1689-zD1 te detecteren. De afstand van het stelsel is gemeten met ESO’s Very Large Telescope. Een team astronomen, onder leiding van Darach Watson van de Universiteit van Kopenhagen, heeft het X-shooter-instrument van de Very Large Telescope (VLT) en de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruikt om een van de jongste en verste sterrenstelsels te onderzoeken die ooit zijn waargenomen. Tot hun verrassing bleek het stelsel veel verder ontwikkeld te zijn dan verwacht. Het bevat ongeveer net zoveel stof als een volwassen sterrenstelsel zoals de Melkweg. Zulk stof is van cruciaal belang voor leven, omdat het de vorming van planeten, complexe moleculen en normale sterren mogelijk maakt.

Opname op infrarode/zichtbare golflengten van het verre, stofrijke sterrenstelsel A1689-zD1 achter de cluster Abell 1689 (Credit: NASA/ESO).

Het doelwit van hun waarnemingen is het jonge sterrenstelsel A1689-zD11. Het is alleen waarneembaar omdat zijn helderheid meer dan negen keer wordt versterkt door een zwaartekrachtslens. Deze bestaat uit de spectaculaire cluster van sterrenstelsels Abell 1689, die tussen het jonge sterrenstelsel en de aarde in staat. Zonder dat lenseffect zou de gloed van dit zeer zwakke stelsel niet waarneembaar zijn. We zien A1689-zD1 op een moment dat het heelal nog maar ongeveer 700 miljoen jaar oud was – vijf procent van zijn huidige leeftijd2. Het is een vrij bescheiden stelsel dat veel minder zwaar en helder is dan veel andere objecten die in dit vroege kosmische stadium zijn waargenomen. Daarmee is het waarschijnlijk een veel karakteristieker voorbeeld van de toenmalige sterrenstelsels.

De rijke cluster van sterrenstelsels Abell 1689 (Credit: NASA/ESO).

A1689-zD1 wordt waargenomen zoals het was tijdens de zogeheten reïonisatie, toen met de eerste sterren de kosmische dageraad aanbrak. Voor het eerst was er licht in het immense en transparante heelal, en daarmee kwam er een einde aan het langdurige donkere tijdperk. Maar tot hun verrassing kregen de waarnemers in plaats van een pas gevormd stelsel een chemisch complex, stofrijk sterrenstelsel te zien. ‘Nadat we met de VLT de afstand van het stelsel hadden bepaald,’ zegt Darach Watson, ‘beseften we dat het eerder al met ALMA was waargenomen. We verwachtten niet veel bijzonders te zien, en waren dan ook erg verrast toen we ontdekten dat ALMA het stelsel niet alleen had waargenomen, maar zelfs duidelijk had gedetecteerd. Een van de hoofddoelen van ALMA was het opsporen van sterrenstelsels in het jonge heelal, aan de hand van de emissies van hun koude gas en stof – en hier hebben we er een!’

Overzichtsfoto van de hemel rond de rijke cluster Abell 1689 (Credit: NASA/ESO).

Het sterrenstelsel was een kosmische kleuter, maar wel een vroegrijpe. Op zijn leeftijd zou hij een gebrek aan metalen moeten vertonen – een term die astronomen gebruiken voor alle chemische elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium. Deze elementen worden geproduceerd in het inwendige van sterren en over de ruimte verspreid zodra die sterren exploderen of anderszins aan hun einde komen. Om tot aanzienlijke hoeveelheden zware elementen van het soort koolstof, zuurstof en stikstof te komen, moet dit proces zich ettelijke malen herhalen.Verrassend genoeg bleek A1689-zD1 veel straling uit te zenden in het ver-infrarood3. Dat wijst erop dat het al veel sterren en significante hoeveelheden metalen heeft geproduceerd. Ook bleek zijn stof/gas-verhouding vergelijkbaar te zijn met die van veel verder ontwikkelde sterrenstelsels. ‘Hoewel de precieze oorsprong van galactisch stof nog onduidelijk is,’ legt Watson uit, ‘wijzen onze bevindingen erop dat de productie ervan heel snel verloopt: binnen 500 miljoen jaar na de eerste stervorming in het heelal – een heel korte kosmologische tijdspanne, als je bedenkt dat de meeste sterren miljarden jaren oud worden.’

De resultaten suggereren dat A1689-zD1 vanaf 560 miljoen jaar na de oerknal gestaag sterren heeft geproduceerd of anders een extreme starburst heeft doorgemaakt, gevolgd door een afname van de stervormingsactiviteit. Vóór deze ontdekking, vreesden astronomen dat zulke verre sterrenstelsels niet detecteerbaar zouden zijn op deze manier, maar voor de detectie van A1689-zD1 waren slechts korte ALMA-waarnemingen nodig.Kirsten Knudsen (Chalmers University of Technology, Zweden), medeauteur van het onderzoeksartikel, voegt daaraan toe: ‘Dit verrassend stofrijke sterrenstelsel lijkt veel haast te hebben gemaakt met de productie van zijn eerste generaties van sterren. In de toekomst zal ALMA ons kunnen helpen om meer van zulke sterrenstelsels op te sporen, zodat we erachter komen waarom ze zo snel volwassen worden.’ Bron: ESO.

  1. Dit sterrenstelsel werd eerder opgemerkt op Hubble-opnamen. Toen al bestond het vermoeden dat het erg ver weg was, maar zijn afstand kon destijds niet nauwkeurig worden gemeten. []
  2. Dit komt overeen met een roodverschuiving van 7,5. []
  3. Tegen de tijd dat deze straling bij de aarde aankomt, is deze straling zo ver uitgerekt door de uitdijing van het heelal, dat zij naar het golflengtegebied van de millimeterstraling is opgeschoven en met ALMA kan worden gedetecteerd. []

Reacties

  1. Deze ontdekking roept een vraag bij mij op;

    Zouden we dit sterrenstelsel niet veel groter moeten zien?
    Hoe verder we terugkijken in de tijd hoe groter we de afmetingen van sterrenstelsels, volgens de Oerknaltheorie, moeten lijken. De limiet ligt uiteraard bij de achtergrondstraling. Die stamt van een boloppervlak met een straal van 300.000 lichtjaar die zich nu aan ons openbaart als komende van een boloppervlak met een straal van ruim 13 miljard lichtjaar. Een vergroting van ruim 40 x.
    De vergroting van dit sterrenstelsel moet daar toch enigszins tussenin liggen?

  2. Henk je maakt een denkfout. Als we kijken naar een sterrenstelsel op 13 miljard lichtjaar afstand, dan zien we hem zoals ‘ie er toen uitzag, dus 13 miljard jaar geleden. Jij denkt dat in de tussentijd het heelal vele malen groter is geworden en dat we dat sterrenstelsel dus ook vele malen groter zouden willen zien, maar dat is dus niet zo. Ja, het heelal is inderdaad gegroeid tussen 13 miljard jaar geleden en nu, maar het blijft dat we A1689-zD1 zien zoals ‘ie er 13 miljard jaar geleden uitzag.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: