Persbericht

Oeroude megafusies van sterrenstelsels

ALMA en APEX ontdekken enorme conglomeraten van sterrenstelsels-in-wording in het vroege heelal

25 april 2018

De telescopen ALMA en APEX hebben diep de ruimte in gekeken – terug naar de tijd dat het heelal nog maar een tiende van zijn huidige leeftijd had. Daarbij zagen ze het begin van reusachtige kosmische opeenhopingen: aanstaande botsingen tussen jonge ‘starburststelsels’. Astronomen dachten dat deze gebeurtenissen pas ongeveer drie miljard jaar na de oerknal hadden plaatsgevonden. De verrassing was dus groot toen nieuwe waarnemingen lieten zien dat deze al optraden toen het heelal nog maar half zo oud was! Vermoed wordt dat deze oude samenscholingen van sterrenstelsels bezig zijn om de grootste en zwaarste structuren in het bekende heelal te vormen: clusters.

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en het Atacama Pathfinder Experiment (APEX), hebben twee internationale teams van wetenschappers, onder leiding van Tim Miller van de Dalhousie-universiteit in Canada en de Yale-universiteit in de VS en Iván Oteo van de Universiteit van Edinburgh (VK), verrassend dichte concentraties van sterrenstelsels opgespoord die op het punt staan om samen te smelten. Ze vormen de kernen van wat uiteindelijk kolossale sterrenstelsels zullen worden.

Op 90% van de afstand tot de grens van het waarneembare heelal heeft het team van Miller een protocluster waargenomen die SPT2349-56 wordt genoemd. Het licht van dit object begon naar ons toe te reizen toen het heelal ongeveer een tiende van zijn huidige leeftijd had bereikt.

Dit hechte kosmische conglomeraat bestaat uit starburststelsels. De hierin optredende stervorming vertoont een hevigheid die nooit eerder in het jonge heelal is waargenomen. Jaarlijks worden hier duizenden sterren geboren, tegen slechts één in ons eigen Melkwegstelsel.

Eerder had het team van Oteo met ALMA en APEX al een soortgelijke megafusie van tien stofrijke, sterren-vormende stelsels ontdekt, die vanwege zijn zeer rode kleur de bijnaam ‘stoffige rode kern’ kreeg.

Iván Oteo legt uit waarom deze objecten onvoorzien waren: ‘Vermoed werd dat de levensduur van stofrijke starbursts relatief kort zou zijn, omdat zij hun gasvoorraad er in hoog tempo doorheen jagen. Op elk moment, en in alle hoeken van het heelal, zijn deze sterrenstelsels doorgaans in de minderheid. Daarom is deze ontdekking van talrijke stofrijke starbursts rond dezelfde tijd zo raadselachtig. Dit is iets dat we echt nog moeten uitpluizen.’

Het bestaan van de beide clusters-in-wording werd voor het eerst opgemerkt met behulp van de South Pole Telescope en de infraroodsatelliet Herschel, die hen als zwakke lichtplekken registreerden. Vervolgwaarnemingen met ALMA en APEX toonden aan dat ze een ongewone structuur hadden en bevestigden dat hun licht veel vroeger dan verwacht is ontstaan – slechts 1,5 miljard jaar na de oerknal.

Nieuwe hoge-resolutiewaarnemingen met ALMA brachten uiteindelijk aan het licht dat de zwakke gloed die met APEX en Herschel was waargenomen niet afkomstig was van slechts twee verschillende objecten. In werkelijkheid betreft het twee groepen van respectievelijk veertien en tien massarijke sterrenstelsels, met een straal die vergelijkbaar is met de afstand tussen ons Melkwegstelsel en de naburige Magelhaense Wolken.

‘Deze ontdekkingen door ALMA vormen slechts het topje van de ijsberg. Aanvullende waarnemingen met de APEX-telescoop laten zien dat het werkelijke aantal sterren-vormende stelsels waarschijnlijk zelfs drie keer zo groot is. Ook bij lopende waarnemingen met het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope worden extra sterrenstelsels opgemerkt’, aldus ESO-astronoom Carlos De Breuck.

De huidige theoretische en computermodellen suggereren dat de vorming van protoclusters van deze omvang veel langer zou moeten hebben geduurd. Gegevens van ALMA, met diens superieure resolutie en gevoeligheid, kunnen nu worden gebruikt als input voor geavanceerde computersimulaties. Op die manier zouden de onderzoekers in staat moeten zijn om meer te weten te komen over de evolutie van clusters minder dan 1,5 miljard jaar na de oerknal:

‘Hoe deze samenscholing van sterrenstelsels zo snel zo groot is geworden, is een mysterie. Ze is niet geleidelijk, in de loop van miljarden jaren, opgebouwd, zoals astronomen hadden verwacht. Deze ontdekking biedt een geweldige kans om te onderzoeken hoe massarijke sterrenstelsels bijeenkwamen om enorme clusters te vormen’, zegt Tim Miller, promovendus aan de Yale-universiteit en hoofdauteur van een van de onderzoeksartikelen.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The Formation of a Massive Galaxy Cluster Core at z = 4.3’, van T. Miller et al., dat in Nature verschijnt en in ‘An Extreme Proto-cluster of Luminous Dusty Starbursts in the Early Universe’, van I. Oteo et al., dat in de Astrophysical Journal is verschenen.

Het team van Miller bestaat uit: T.B. Miller (Dalhousie University, Halifax, Canada; Yale University, New Haven, Connecticut, VS), S.C. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Canada; Institute of Astronomy, Cambridge, VK), M. Aravena (Universidad Diego Portales, Santiago, Chili), M.L.N. Ashby (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS), C.C. Hayward (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS; Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, New York, VS), J.D. Vieira (University of Illinois, Urbana, Illinois, VS), A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland), A. Babul (University of Victoria, Victoria, Canada) , M. Béthermin (Aix-Marseille Université, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, Frankrijk), C.M. Bradford (California Institute of Technology, Pasadena, California, VS; Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, VS), M. Brodwin (University of Missouri, Kansas City, Missouri, VS), J.E. Carlstrom (University of Chicago, Chicago, Illinois, VS), Chian-Chou Chen (ESO, Garching, Duitsland), D.J.M. Cunningham (Dalhousie University, Halifax, Canada; Saint Mary’s University, Halifax, Nova Scotia, Canada), C. De Breuck (ESO, Garching, Duitsland), A.H. Gonzalez (University of Florida, Gainesville, Florida, VS), T.R. Greve (University College London, Gower Street, Londen, VK), Y. Hezaveh (Stanford University, Stanford, California, VS), K. Lacaille (Dalhousie University, Halifax, Canada; McMaster University, Hamilton, Canada), K. C. Litke (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, VS), J. Ma (University of Florida, Gainesville, Florida, VS), M. Malkan (University of California, Los Angeles, California, VS), D.P. Marrone (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, VS), W. Morningstar (Stanford University, Stanford, California, VS), E.J. Murphy (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, VS), D. Narayanan (University of Florida, Gainesville, Florida, VS), E. Pass (Dalhousie University, Halifax, Canada), University of Waterloo, Waterloo, Canada), R. Perry (Dalhousie University, Halifax, Canada), K.A. Phadke (University of Illinois, Urbana, Illinois, VS), K.M. Rotermund (Dalhousie University, Halifax, Canada), J. Simpson (University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh; Durham University, Durham, VK), J.S. Spilker (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, VS), J. Sreevani (University of Illinois, Urbana, Illinois, VS), A.A. Stark (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS), M.L. Strandet (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland) en A.L. Strom (Observatories of The Carnegie Institution for Science, Pasadena, California, VS).

Het team van Oteo team bestaat uit: I. Oteo (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VK; ESO, Garching, Duitsland), R.J. Ivison (ESO, Garching, Duitsland; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VK), L. Dunne (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VK; Cardiff University, Cardiff, VK), A. Manilla-Robles (ESO, Garching, Duitslamd; University of Canterbury, Christchurch, Nieuw-Zeeland), S. Maddox (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VS; Cardiff University, Cardiff, VK), A.J.R. Lewis (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VK), G. de Zotti (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Padua, Italië), M. Bremer (University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol, VK), D.L. Clements (Imperial College, London, VK), A. Cooray (University of California, Irvine, California, VS), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofíısica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spanje; Universidad de La Laguna, Dpto. Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Spanje), S. Eales (Cardiff University, Cardiff, VK), J. Greenslade (Imperial College, Londen, VK), A. Omont (CNRS, Institut d’Astrophysique de Paris, Parijs, Frankrijk; UPMC Univ. Paris 06, Parijs, Frankrijk), I. Perez–Fournón (University of California, Irvine, California, VS; Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spanje), D. Riechers (Cornell University, Space Sciences Building, Ithaca, New York, VS), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, Canada), P. van der Werf (Sterrewacht Leiden), A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland) en Z-Y. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VK; ESO, Garching, Duitsland).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili, met Australië als strategische partner. 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) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel (Miller et al.)
• Onderzoeksartikel (Oteo et al.)
• Foto’s van APEX
• Foto’s van ALMA

Contact

Axel Weiss
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Tel: +49 228 525 273
E-mail: aweiss@mpifr-bonn.mpg.de

Carlos de Breuck
ESO
Garching, Germany
Tel: +49 89 3200 6613
E-mail: cdebreuc@eso.org

Richard Hook
ESO Public Information Officer
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