ALMA ziet verste dubbelganger van de Melkweg

Astronomen hebben een extreem ver en dus zeer jong sterrenstelsel ontdekt dat verrassend veel op onze Melkweg lijkt. Het stelsel is zo ver weg dat zijn licht er meer dan 12 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken: we zien het zoals het was toen het heelal nog maar 1,4 miljard jaar oud was. Het resultaat, waaraan ook de astronomen Filippo Fraternali (Rijksuniversiteit Groningen) en John McKean (RuG/ASTRON) meewerkten, wordt donderdag in Nature gepubliceerd.

Het sterrenstelsel, dat is vervormd tot een ring van licht aan de hemel, is ook verrassend ordelijk, wat in strijd is met de theorie dat alle sterrenstelsels in het vroege heelal turbulent en instabiel waren. Deze onverwachte ontdekking stelt het begrip van de manier waarop sterrenstelsels ontstaan op de proef en levert nieuwe inzichten op over het verleden van het heelal.

ALMA

Het team maakte gebruik van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waar de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) partner in is. Onderzoeksleider Francesca Rizzo, promovendus van het Max-Planck-Institut für Astrophysik in Duitsland, spreekt van een ‘doorbraak’ op het terrein van de stelselvorming: “Het resultaat laat zien dat de structuren die we in nabije spiraalstelsels en in onze eigen Melkweg waarnemen 12 miljard jaar geleden al op hun plek zaten,”

Hoewel het onderzochte sterrenstelsel, SPT0418-47, geen spiraalarmen lijkt te hebben, heeft het minstens twee kenmerken die karakteristiek zijn voor onze Melkweg: een roterende schijf en een centrale verdikking of 'bulge' – een grote groep sterren die zich rond het centrum van het stelsel hebben verzameld. Het is voor het eerst dat zo’n bulge zo vroeg in de geschiedenis van het heelal is waargenomen. Het maakt SPT0418-47 tot de verste dubbelganger van de Melkweg.

“De grote verrassing was dat dit stelsel, anders dan op grond van modelberekeningen en eerdere, minder nauwkeurige waarnemingen was verwacht, nogal veel op nabije sterrenstelsels lijkt,” zegt coauteur Filippo Fraternali van het Kapteyn Instituut van de Rijksuniversiteit Groningen. De jonge sterrenstelsels in het vroege heelal waren nog niet volgroeid. Daarom verwachtten astronomen dat ze chaotisch zouden zijn en niet de onmiskenbare structuren zouden vertonen die kenmerkend zijn voor volwassen stelsels zoals de Melkweg.

Omdat deze sterrenstelsels zo ver weg zijn, zijn gedetailleerde waarnemingen bijna onmogelijk: de stelsels vertonen zich normaal gesproken als kleine, zwakke vlekjes. Het team kon dit obstakel overwinnen door gebruik te maken van een nabij sterrenstelsel dat als een krachtig vergrootglas fungeert – een verschijnsel dat het zwaartekrachtlenseffect wordt genoemd. Met hulp van dit lensstelsel kon ALMA ongekend gedetailleerd in het verre verleden kijken. Bij dit effect wordt het licht van het verre stelsel vervormd en afgebogen door de zwaartekrachtsaantrekking van het lensstelsel. Daardoor ziet het verre stelsel er veel groter uit en lijkt het misvormd.

Ring van licht

In dit geval vertoont het verre stelsel zich als een bijna volmaakte ring van licht rond het lensstelsel. Dat komt doordat de twee stelsels bijna precies op één lijn staan. Met behulp van een nieuw computermodel heeft het onderzoeksteam aan de hand van de ALMA-data de werkelijke vorm van het verre stelsel en de beweging van het daarin aanwezige gas kunnen reconstrueren. Rizzo: “Toen ik het gereconstrueerde beeld van SPT0418-47 voor het eerst zag, geloofde ik mijn ogen niet: er was een schatkist opengegaan.”

De astronomen benadrukken echter dat hoewel SPT0418-47 een schijf heeft, en andere eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van de spiraalstelsels die we nu zien, het zich uiteindelijk tot een andersoortig stelsel zal ontwikkelen. Naar verwachting zal het tot de klasse van de elliptische stelsels gaan behoren – een ander type sterrenstelsel dat, naast de spiraalstelsels, het huidige heelal bevolkt.

Toekomstig onderzoek, met onder meer ESO’s Extremely Large Telescope, zal moeten uitwijzen hoe karakteristiek deze baby-schijfstelsels nu precies zijn en of ze van nature inderdaad minder chaotisch zijn dan verwacht.