Een verrassende waarneming houdt sterrenkundigen al twintig jaar bezig: zware en geëvolueerde sterrenstelsels bestonden al een paar miljard jaar na de oerknal. Onderzoekers verwachtten zo vroeg in de geschiedenis van ons heelal alleen sterrenstelsels met jonge sterren en actieve stervorming aan te treffen. In plaats daarvan zijn er veel elliptische sterrenstelsels met oudere stellaire populaties en zeer weinig koud gas om nieuwe sterren te vormen. Deze waarnemingen vormen een uitdaging voor modellen van kosmologische structuurvorming.
De artistieke impressie van de protocluster SPT2349-56 toont interagerende sterrenstelsels van verschillende vormen en groottes, en gas (oranje) dat door getijdekrachten uit elkaar wordt gereten en verhit. Credits: N.Sulzenauer, MPIfR
De internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van het Max Planck Instituut heeft nu een grote stap gezet in het begrijpen van deze systemen. “In een universum waar grotere sterrenstelsels hiërarchisch groeien door zwaartekrachtinteracties en de samensmelting van kleinere bouwstenen, moeten sommige gigantische elliptische sterrenstelsels zich op een compleet andere manier hebben gevormd dan voorheen werd gedacht. In plaats van langzaam massa op te bouwen gedurende 14 miljard jaar, zou een massief elliptisch sterrenstelsel zich snel kunnen vormen in slechts een paar honderd miljoen jaar. Het kan ontstaan door de ineenstorting en samensmelting van een grote oerstructuur, in de tijd die de zon nodig heeft om één keer rond het centrum van de Melkweg te draaien”, legt Nikolaus Sulzenauer, promovendus bij het MPIfR en de Universiteit van Bonn, en eerste auteur van de analyse, uit.
“We ontdekken dat de structuren met de allerhoogste dichtheden zich eerst moeten hebben losgekoppeld van de expansie van het universum op slechts 10 procent van de huidige kosmische leeftijd, en vervolgens snel complete protoclusters hebben gevormd.” Want naarmate de ruimte uitzette, dreven de eerste met gas gevulde structuren die de ruimte op dat moment vulden ook uit elkaar. De compressie van gas veroorzaakt een kosmisch vuurwerk, dat buitengewoon helder is doordat het wordt verhit door de activiteit van stervorming. Het is een baken in het verre infrarood tot millimetergolflengtegebied en daardoor toegankelijk voor observatoria zoals ALMA en het Atacama Pathfinder Experiment (APEX).
Deze radiofoto van de protocluster SPT2349-56 toont de intensiteit van geïoniseerd koolstof (CII) dat wordt uitgezonden op een golflengte van 158 micrometer. Sterrensymbolen markeren de centra van sterrenstelsels, terwijl oranje contouren de getijde-armen rond het binnenste gebied aangeven. Credits: N.Sulzenauer, MPIfR
Het waarnemen van een transformatie
Het team observeerde het koude gas en stof in het centrum van SPT2349-56, een protocluster die slechts 1,4 miljard jaar na de oerknal werd waargenomen en zich bevindt in het zuidelijke sterrenbeeld Phoenix – de protocluster kwam eerder al in Astroblogs voorbij. SPT2349-56 biedt een zeldzame blik op de eerste clusters, de belangrijkste centra van massieve elliptische sterrenstelsels. “SPT2349-56 heeft het record voor de meest actieve sterrenfabriek”, aldus Axel Weiß, die ook betrokken was bij de oorspronkelijke ontdekking van SPT2349-56 met APEX. “In het centrum vonden we vier nauw met elkaar interagerende sterrenstelsels die elke 40 minuten één ster vormen”, voegt Ryley Hill van de University of British Columbia (UBC) in Canada toe. Ter vergelijking: het duurt momenteel een heel jaar voordat er drie of vier sterren in de Melkweg gevormd zijn.
“Belangrijk is,” merkt Sulzenauer op, “dat dit sterrenstelselkwartet coherente, gigantische getijde-armen lanceert met een snelheid van 300 kilometer per seconde, die zich uitstrekken over een gebied dat veel groter is dan de Melkweg. Ze gloeien intens op submillimetergolflengten, waarbij hun helderheid vertienvoudigd wordt door schokgolven die geïoniseerde koolstofatomen exciteren. Deze heldere emissie stelde ons in staat om de beweging van gas in deze door zwaartekracht uitgestoten spiraal nauwkeurig te meten, die lijkt op kralen aan een snoer rond de kern van de protocluster. Tot onze verrassing verbinden klompen getijdepuin zich met een keten van 20 extra botsende sterrenstelsels in de buitenste delen van de instortende structuur. Dit wijst op een gemeenschappelijke oorsprong. Voor het eerst zijn we getuige van het begin van een cascade-achtige fusietransformatie. De meeste van de 40 gasrijke sterrenstelsels in deze kern zullen worden vernietigd en uiteindelijk transformeren in een gigantisch elliptisch sterrenstelsel binnen minder dan 300 miljoen jaar – een oogwenk.”
Bright [C II]158 μm Streamers as a Beacon for Giant Galaxy Formation in SPT2349-56 at z = 4.3: iopscience.iop.org/article/10.3… -> How giant galaxies could form just 1.4 billion years after the Big Bang: www.mpifr-bonn.mpg.de/pressrelease…
— cosmos4u.bsky.social (@cosmos4u.bsky.social) 11 februari 2026 om 21:36
Inzicht in de vorming van clusters van sterrenstelsel
Duncan MacIntyre en Joel Tsuchitori, twee bachelorstudenten van de UBC en onderdeel van het team, voerden gedetailleerde numerieke simulaties uit. Deze waren essentieel om de waarnemingen van deze protocluster-ineenstorting te verbinden met eerdere studies van volwassen sterrenstelselclusters. De opvallende overeenkomst tussen de verschillende soorten objecten, gevonden in verschillende kosmische tijdperken, toont mogelijk niet alleen het belang aan van gelijktijdige grote fusies tijdens de vorming van massieve sterrenstelsels. Het kan ook helpen verklaren hoe zware elementen (zoals koolstof) worden verhit en getransporteerd door de eerste sterrenstelselclusters.
Meer informatie over het onderzoek aan de protocluster is te vinden in het vakartikel van Nikolaus Sulzenauer et al, Bright [C II]158 μm Streamers as a Beacon for Giant Galaxy Formation in SPT2349-56 at z = 4.3, The Astrophysical Journal (2026).
Bron: MPIfR.
Speak Your Mind