De geboorte van monsters

ESO’s VISTA-surveytelescoop heeft een horde zware sterrenstelsels opgespoord die al bestonden toen het heelal nog in zijn kinderschoenen stond. Door meer van deze stelsels te ontdekken en onderzoeken zijn astronomen onder leiding van Karina Caputi van het Kapteyn Instituut er achter gekomen wanneer deze monsterstelsels voor het eerst op het toneel verschenen.

Door het aantal sterrenstelsels in een stukje hemel te tellen, kunnen astronomen hun theorieën over de vorming en evolutie van sterrenstelsels toetsen. Maar deze eenvoudige taak wordt moeilijker naarmate astronomen zwakkere stelsels op grotere afstanden van de aarde proberen te tellen. Daarbij komt nog dat de helderste, gemakkelijkst waarneembare stelsels – de zwaarste sterrenstelsels in het heelal – schaarser worden naarmate astronomen dieper het heelal in turen. En de veel talrijkere zwakkere stelsels zijn nóg moeilijker te vinden.

Een team van astronomen, onder leiding van Karina Caputi van het Kapteyn Instituut van de Rijksuniversiteit Groningen, heeft nu een groot aantal sterrenstelsels opgespoord die tot nu toe onopgemerkt waren gebleven. Daarbij is gebruik gemaakt van opnamen uit de UltraVISTA-survey, een van de zes VISTA-projecten waarbij de hemel op nabij-infrarode golflengten wordt verkend. Het resultaat is een ‘volkstelling’ van zwakke sterrenstelsels die bestonden toen het heelal nog maar 0,75 tot 2,1 miljard jaar oud was.

In het kader van UltraVISTA is sinds december 2009 een stukje hemel vastgelegd dat bijna vier keer zo groot is als de volle maan. Dit het grootste hemelgebied dat ooit zo ‘diep’ op infraroodgolflengten in beeld is gebracht. Het team heeft deze UltraVISTA-waarnemingen gecombineerd met die van NASA’s Spitzer Space Telescope, die het heelal op nog langere, midden-infrarode golflengten verkent.

‘We hebben 574 nieuwe zware sterrenstelsels opgespoord – het grootste aantal van deze verborgen stelsels in het jonge heelal dat ooit is verzameld,’ legt Karina Caputi uit. ‘Het onderzoek ervan stelt ons in staat om de eenvoudige maar belangrijke vraag te beantwoorden wanneer de eerste zware stelsels op het toneel zijn verschenen.’

Door de kosmos op nabij-infrarode golflengten vast te leggen, kregen de astronomen objecten te zien die niet alleen extreem ver weg staan, maar ook verscholen zitten achter stof. Deze objecten zijn gevormd toen het heelal nog heel jong was.

Het team heeft ontdekt dat deze stelsels binnen heel korte tijd explosief in aantal zijn toegenomen. Veel van de zware stelsels die we nu om ons heen zien in het nabije heelal zijn slechts drie miljard jaar na de oerknal gevormd.

‘We hebben geen sporen van deze zware stelsels gevonden die verder teruggaan dan ongeveer een miljard jaar jaar na de oerknal. We zijn er dus van overtuigd dat dit het moment moet zijn geweest dat de eerste zware stelsels ontstonden,’ concludeert Henry Joy McCracken, medeauteur van het onderzoeksartikel.

Bovendien hebben de astronomen vastgesteld dat zware sterrenstelsels veel talrijker waren dan verondersteld. De tot nu toe verscholen gebleven stelsels vormen de helft van de populatie zware stelsels die bestond toen het heelal 1,1 à 1,5 miljard jaar oud was. Deze nieuwe resultaten zijn overigens in strijd met de huidige modellen van de vorming van sterrenstelsels in het jonge heelal. Volgens deze modellen bestonden er in dat vroege tijdperk nog geen ‘monsterstelsels’.

Daarbij komt nog dat als de zware stelsels in het vroege heelal nog stofrijker zijn dan waar astronomen van uitgaan, zelfs UltraVISTA niet in staat zou zijn om deze te detecteren. Als dit inderdaad het geval is, moet mogelijk de hele bestaande theorie over de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal op de schop.

De zoektocht naar deze cruciale stofrijke sterrenstelsels zal worden ondernomen met onder meer de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Als ze gevonden worden, zullen ze later ook worden bekeken met ESO’s 39-meter European Extremely Large Telescope (E-ELT), waarmee enkele van de allereerste sterrenstelsels gedetailleerd waarneembaar zullen zijn.

Bron: persbericht ESO