16 juni 2024

ALMA onthult stoffige substructuur in ver sterrenstelsel

Deze kaart laat de reconstructie zien van de snelheid waarmee sterren worden gevormd in het ver weg gelegen sterrenstelsel, dat eigenlijk vrij klein is (zoals te zien is aan de lengteschaal in lichtjaren). De kleurcodering laat de hoeveelheid stof zien die door straling van jonge sterren wordt verhit. Credit: ASTRON.

Een team van wetenschappers, waaronder astronoom John McKean (ASTRON/ RUG), heeft het eerste gedetailleerde beeld gemaakt van het jonge en ver weg gelegen sterrenstelsel met de naam SDP.81, ongeveer elf miljard lichtjaar verwijderd van Aarde. Dit hebben ze gedaan door hoge resolutiefoto’s van de ALMA telescoop in Chili te combineren met een nieuwe opzet dat de storende effecten van een krachtige zwaartekrachtslens teniet doet. De gereconstrueerde beelden laten zien dat stervorming interstellair stof verhit waardoor het een sterk licht afgeeft in drie afzonderlijke compacte massa’s, ingebed in een groter gebied, wat suggereert dat het object misschien een roterend schijfvormig sterrenstelsel is, gezien op de zijkant.Sterrenstelsels vormen constant nieuwe sterren in compacte wolken van interstellair materiaal. De snelheid van de stervorming in sterrenstelsels is tegenwoordig veel lager dan vroeger. Toen het universum ongeveer een kwart van zijn huidige leeftijd had, beleefde de stervorming een piek. Astronomen willen dus graag meer weten over deze periode. Terugkijken in de tijd is mogelijk vanwege de eindige snelheid van het licht, maar alleen door op hele grote afstanden te kijken, waardoor jonge sterrenstelsels juist weer heel klein en heel zwak zijn om door telescopen gezien te worden. Bovendien kunnen veel nieuwe sterren niet direct waargenomen worden, omdat hun straling geabsorbeerd wordt door stof in de omringende gaswolk en opnieuw uitgezonden wordt op verre infrarode golflengtes.

Fig. 1. Het ALMA-beeld van de continue straling op 236 GHz van gelensd sterrenstelsel SDP.81 op twee hoekresoluties. Het gelensde systeem bestaat uit vier beelden met een verlengde, zogenaamde ‘low-surface brightness’ Einstein-ring. Credit: ESO/ALMA.

Hierom zijn de gebieden in ver weg gelegen sterrenstelsels waarin sterren worden gevormd primaire onderzoeksgebieden voor de Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA). ALMA zal bestaan uit 66 hoge precisie-antennes, gelokaliseerd op het Chajnantor plateau op 5000 meter hoogte in het noorden van Chili. De gegevens van de individuele antennes kunnen worden interferometrisch worden gecombineerd (beelden van meerdere antennes worden samengevoegd) en de doorsnede van de telescoop van vijftien kilometer biedt een betere resolutie dan een tiende van een arc-seconde. Op zichzelf is dit echter nog niet genoeg om gedetailleerde beelden van jonge sterrenstelsels te maken op de piek van hun stervormingsproces.”Op een recente conferentie presenteerden ALMA-wetenschappers gegevens die ze hadden gebruikt om de wetenschappelijke vermogens van hun telescoop te verifiëren. Eén van de beelden die ze toonden was een beeld van een systeem met een sterke zwaartekrachtslens, wat meteen onze aandacht trok,” herinnert Simona Vegetti, postdoctoraal wetenschapper bij het Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA, Duitsland). “Door de lens wordt het achterliggende sterrenstelsel sterk vergroot, wel zeventien keer, waardoor we het kunnen zien. Samen met ALMA’s unieke hoekresolutie gaf dit ons voor het eerst de kans om de details in de verdeling van stof in een dergelijk ver weg gelegen sterrenstelsel te zien.”

Fig. 2. De gemodelleerde ‘sky-brightness’-verdeling voor het beeld in figuur 1 (links) en de gereconstrueerde verdeling van de felheid op het oppervlak (rechts) van het sterrenstelsel op de achtergrond. Er zijn drie gebieden met geïntensiveerde emissie, wat een indicatie kan zijn voor een schijfvormig sterrenstelsel gezien van de zijkant. Credit: ESO/ALMA.

Het proces van ‘gravitational lensing’ treedt op wanneer een sterrenstelsel op de achtergrond op één lijn staat met de concentratie van massa op de voorgrond, zoals een cluster van sterrenstelsels, dat lichtstralen van de bron afbuigt op de weg van de waarnemer. De lens op de voorgrond is echter geen perfect optisch systeem en leidt tot grote verstoringen (zie figuur 1). Desalniettemin kan de verdeling van de massa van het lenssysteem bepaald worden met de eigenschappen van de gelensde beelden en kan er een schoon (onverstoord) beeld worden gemaakt van het ver weg gelegen sterrenstelsel.”Eerdere pogingen gingen ervan uit dat de sterrenstelsels in de achtergrond glad en regelmatig waren”, vertelt Matus Rybak, die de computermodellen heeft gemaakt bij het Max Planck Instituut. “Dit is eerder een zeer zwakke benadering van de structuur van een sterk stervormend sterrenstelsel, en de ruwe ALMA-beelden lieten duidelijk zien dat deze achtergrondbron complex is. De nieuwe, meer algemene benadering die we hebben ontwikkeld is veel beter geschikt voor onregelmatige systemen.”Dit idee wordt ondersteund door het gereconstrueerde beeld van sterrenstelsel SDP.81 waarin stervorming geconcentreerd is in drie verschillende regio’s (zie figuur 2). “Dit is de eerste keer dat we structuur kunnen zien in de stof-emissie van een sterrenstelsel met z=3 op schalen kleiner dan 150 lichtjaar,” zegt Simona Vegetti. In deze kosmische tijd vormde een typisch sterrenstelsel sterren op een pieksnelheid en SDP.81 vormt inderdaad 300 zonmassa’s sterren per jaar. (De snelheid van stervorming in onze Melkweg is ongeveer drie zonmassa’s per jaar). De complexe structuur van het sterrenstelsel suggereert wellicht dat het een roterende schijf is met een centrale bobbel die gezien wordt vanaf de (gelensde) zijkant; anderzijds zou het een systeem kunnen zijn dat een fusie ondergaat waarin de losse onderdelen nog te zien zijn. Om deze verschillende opties te kunnen onderscheiden, zijn gegevens over de bewegingen van gas in het sterrenstelsel nodig, dus de volgende stap van het MPA-team, samen met de collega’s Paola Andreani van de ESO en John McKean (ASTRON/ RUG), is het analyseren van de moleculaire lijnobservaties van dit systeem, gegevens die ALMA ook heeft waargenomen. Bron: ASTRON.

Share

Speak Your Mind

*