ALMA vindt oeroud stoffig sterrenstelsel

ALMA ziet MAMBO-9
Radio-afbeelding van het stoffige stervormingssterrenstelsel MAMBO-9, gemaakt door de ALMA. Het sterrenstelsel bestaat uit twee delen die met elkaar aan het fuseren zijn. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C.M. Casey et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Astronomen hebben met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) het licht van een groot sterrenstelsel opgevangen dat slechts 970 miljoen jaar na de Oerknal is ontstaan. Het sterrenstelsel heet MAMBO-9 en het is het verst verwijderde stoffige stervormingssterrenstelsel dat ooit zonder hulp van een zwaartekrachtlens is gevonden.

Stoffige stervormingssterrenstelsels zijn de meest intensieve stervormingsgebieden in het heelal. In deze gebieden ontstaan met een snelheid van enkele duizenden zonsmassa per jaar nieuwe sterren (de stervorming in ons eigen sterrenstelsel bedraagt ongeveer 3 zonsmassa per jaar) en ze bevatten enorme hoeveelheden gas en stof. Astronomen verwachtten niet dat dergelijke monstersterrenstelsels al kort na het ontstaan van het heelal konden ontstaan maar ze hebben toch al verschillende van dergelijke sterrenstelsels gevonden in de periode dat het heelal nog jonger dan 1 miljard jaar was. Eén van die sterrenstelsels is SPT0311-58 dat in 2018 door ALMA werd gevonden.

Astronomen denken dat deze stoffige sterrenstelsels van wege hun extreme gedrag een belangrijke rol spelen in de evolutie van het heelal. Maar dergelijke sterrenstelsels vinden is een hele klus. De sterrenstelsels hebben de neiging om zich voor onze ogen te verstoppen. Astronomen weten dat ze bestaan maar doordat hun sterlicht door dikke wolken stof wordt tegengehouden zijn ze nauwelijks zichtbaar.

Het licht van MAMBO-9 werd 10 jaar geleden al met behulp van de Max-Planck Millimeter Bolometer (MAMBO) gekoppeld aan de 30 meter IRAM-telescoop in Spanje en de interferometer op het Plateau de Bure in de Franse Alpen gevonden. Deze waarnemingen waren echter niet gevoelig genoeg om de afstand tot het sterrenstelsel te kunnen bepalen. Bovendien vroegen de onderzoekers zich af of het stelsel wel echt was want in andere telescopen was het niet te zien. Als het al zou bestaan dan zou het zeer, zeer weg van ons moeten zijn, aldus de onderzoekers.

Dankzij de gevoeligheid van ALMA hebben onderzoekers nu de afstand tot MAMBO-9 nauwkeurig kunnen bepalen. Het sterrenstelsel werd zichtbaar in een nieuw ALMA-onderzoek dat speciaal gericht was om stoffige stervormingssterrenstelsels in het jonge heelal te vinden. Bijzonder aan deze waarneming is dat het het verst verwijderde stoffige sterrenstelsel is dat rechtstreeks waargenomen kan worden.

Artist impressie van MAMBO-9 in zichtbaar licht
Artist impressie van hoe MAMBO-9 er in zichtbaar licht uit zou zien. Het sterrenstelsel is erg stoffig en moet nog het merendeel van zijn sterren maken. Credit: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Het licht van verre sterrenstelsels wordt vaak gehinderd door andere dichterbij gelegen sterrenstelsels. Deze sterrenstelsels op de voorgrond werken als een zwaartekrachtlens: ze buigen het licht van het verder weggelegen sterrenstelsel af. Dit lens effect maakt het gemakkelijker om verre objecten met behulp van een telescoop te zien (op deze manier kon ALMA het stoffige sterrenstelsel SPT0311-58 zien.

Tijdens dit onderzoek konden astronomen MAMBO-9 rechtstreeks, zonder zwaartekrachtlens, waarnemen en dit maakte het mogelijk om de massa te bepalen. De totale massa van gas en stof in het sterrenstelsel is enorm: tienmaal meer dan alle sterren in ons sterrenstelsel. Dit betekent dat het nog het merendeel van zijn sterren moet maken. Het sterrenstelsel bestaat bovendien uit twee delen die met elkaar aan het fuseren zijn.

De onderzoekers hebben in het ALMA-onderzoek nog meer stoffige stervormingssterrenstelsels te vinden. Dit kan hun namelijk inzichten geven in hoe algemeen ze zijn, hoe deze zware sterrenstelsels al zo vroeg na de Oerknal konden ontstaan en waarom ze zo stoffig zijn. Stof is een normaal bijproduct van stervende sterren. De onderzoekers verwachten 100 maal meer sterren dan stof maar MAMBO-9 heeft nog niet zoveel sterren gemaakt en men wil weten hoe stof zich zo snel na de Oerknal heeft kunnen ontstaan.

Het licht van MAMBO-9 heeft ongeveer 13 miljard jaar nodig gehad om de antennes van het ALMA-netwerk te bereiken (het heelal is ongeveer 13,8 miljard jaar oud). Dat betekent dat we het sterrenstelsel kunnen zien toen het nog erg jong was. Tegenwoordig is het sterrenstelsel vermoedelijk veel groter en bevat het honderden keren meer sterren dan ons eigen sterrenstelsel, en maakt het deel uit van een grote cluster van sterrenstelsels.

Bron: Caitlin M. Casey et al, Physical Characterization of an Unlensed, Dusty Star-forming Galaxy at z = 5.85, The Astrophysical Journal (2019).

 

Eerste publicatie: 13 december 2019
phys.org