Persbericht

Een ouwelijk sterrenstelsel in een jong heelal

ALMA en VLT onderzoeken verrassend stofrijk en ver ontwikkeld stelsel

2 maart 2015

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.

Het doelwit van hun waarnemingen is het jonge sterrenstelsel A1689-zD1 [1]. 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 leeftijd [2]. 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.

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!’

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-infrarood [3]. 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.’

Noten

[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.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization’ van D. Watson et al., dat op 2 maart in de online-editie van het tijdschrift Nature verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit D. Watson (Niels Bohr Institute, Universiteit van Kopenhagen, Denemarken), L. Christensen (Universiteit van Kopenhagen), K.K. Knudsen (Chalmers University of Technology, Zweden), J. Richard (CRAL, Observatoire de Lyon, Saint Genis Laval, Frankrijk), A. Gallazzi (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italië) en M.J. Michalowski (SUPA, Institute for Astronomy, Universiteit van Edinburgh, Koninklijke Sterrenwacht, Edinburgh, VK).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

   •      Onderzoeksartikel

   •       Foto’s van de VLT

   •       Foto’s van ALMA

Contact

Darach Watson
Niels Bohr Institute
University of Copenhagen, Denmark
Tel: +45 2480 3825
E-mail: darach@dark-cosmology.dk

Kirsten K. Knudsen
Chalmers University of Technology
Onsala, Sweden
Tel: +46 31 772 5526
Mobiel: +46 709 750 956
E-mail: kirsten.knudsen@chalmers.se

Richard Hook
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobiel: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media