Een groep van de nieuw ontdekte sterrenstelsels volgens de Lyman-break-techniek. Afbeelding tegoed: astronomie en astrofysica. Klik om te vergroten
Een internationaal team van astronomen heeft een van de meest gedetailleerde onderzoeken uitgevoerd naar de verste sterrenstelsels. Deze sterrenstelsels zijn zo ver weg dat we ze zien zoals ze eruit zagen toen het heelal minder dan de helft van zijn huidige leeftijd was. Een van de grote verrassingen van dit onderzoek; is echter hoeveel deze jonge sterrenstelsels overeenkomen met de structuren die we in het huidige heelal zien. Dit betekent dat sterrenstelsels waarschijnlijk veel eerder zijn ontstaan door botsingen en fusies dan eerder werd aangenomen.
Een team van astronomen uit Frankrijk, de Verenigde Staten, Japan en Korea, onder leiding van Denis Burgarella, heeft onlangs nieuwe sterrenstelsels ontdekt in het vroege heelal. Ze zijn voor het eerst gedetecteerd in zowel de nabije UV-straling als in de ver-infrarode golflengten. Hun bevindingen worden gerapporteerd in een volgend nummer van Astronomy & Astrophysics. Deze ontdekking is een nieuwe stap om te begrijpen hoe sterrenstelsels evolueren.
De astronoom Denis Burgarella (Observatoire Astronomique Marseille Provence, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Frankrijk) en zijn collega's uit Frankrijk, de VS, Japan en Korea hebben onlangs voor het eerst hun ontdekking van nieuwe sterrenstelsels in het vroege heelal aangekondigd. in de nabij-UV en in de ver-infrarood golflengten. Deze ontdekking leidt tot het eerste grondige onderzoek van vroege sterrenstelsels. De ontdekking wordt gerapporteerd in een volgend nummer van Astronomy & Astrophysics.
De kennis van vroege sterrenstelsels heeft de afgelopen tien jaar grote vooruitgang geboekt. Vanaf eind 1995 gebruiken astronomen een nieuwe techniek, bekend als de "Lyman-break-techniek". Met deze techniek kunnen sterrenstelsels op grote afstand worden gedetecteerd. Ze worden gezien zoals ze waren toen het heelal veel jonger was, en gaven zo aanwijzingen over hoe sterrenstelsels zich vormden en evolueerden. De Lyman-break-techniek heeft de grens van verre melkwegonderzoeken verder opgeschoven naar roodverschuiving z = 6-7 (dat is ongeveer 5% van de huidige leeftijd van het heelal). In de astronomie duidt de roodverschuiving de verschuiving aan van een lichtgolf van een sterrenstelsel dat van de aarde weg beweegt. De lichtgolf wordt verschoven naar langere golflengten, dat wil zeggen naar het rode uiteinde van het spectrum. Hoe hoger de roodverschuiving van een sterrenstelsel, hoe verder deze van ons verwijderd is.
De Lyman-break-techniek is gebaseerd op de karakteristieke "verdwijning" van verre melkwegstelsels waargenomen in de verre UV-golflengten. Aangezien licht van een ver sterrenstelsel bijna volledig wordt geabsorbeerd door waterstof bij 0,912 nm (vanwege de absorptielijnen van waterstof, ontdekt door de natuurkundige Theodore Lyman), “verdwijnt” het melkwegstelsel in het ver ultraviolette filter. Figuur 2 illustreert de? Verdwijning? van de melkweg in het verre UV-filter. De Lyman-discontinuïteit moet theoretisch optreden bij 0,912 nm. Fotonen met kortere golflengten worden geabsorbeerd door waterstof rond sterren of binnen de waargenomen sterrenstelsels. Voor sterrenstelsels met hoge roodverschuiving wordt de discontinuïteit van Lyman roodverschoven, zodat deze optreedt bij een langere golflengte en vanaf de aarde kan worden waargenomen. Vanuit waarnemingen op de grond kunnen astronomen momenteel sterrenstelsels detecteren met een roodverschuivingsbereik van z ~ 3 tot z ~ 6. Eenmaal gedetecteerd, is het echter nog steeds erg moeilijk om aanvullende informatie over deze sterrenstelsels te verkrijgen, omdat ze erg zwak zijn.
Voor het eerst hebben Denis Burgarella en zijn team via de Lyman-break-techniek minder verre sterrenstelsels kunnen detecteren. Het team verzamelde gegevens van verschillende oorsprong: UV-gegevens van de NASA GALEX-satelliet, infraroodgegevens van de SPITZER-satelliet en gegevens in het zichtbare bereik bij ESO-telescopen. Uit deze gegevens selecteerden ze ongeveer 300 sterrenstelsels die een ver-UV-verdwijning laten zien. Deze sterrenstelsels hebben een roodverschuiving van 0,9 tot 1,3, dat wil zeggen dat ze worden waargenomen op een moment dat het heelal minder dan de helft van zijn huidige leeftijd had. Dit is de eerste keer dat een groot aantal Lyman Break Galaxies wordt ontdekt op z ~ 1. Omdat deze sterrenstelsels minder ver verwijderd zijn dan de tot nu toe waargenomen monsters, zijn ze ook helderder en gemakkelijker te bestuderen bij alle golflengten, waardoor een diepgaande analyse van UV naar infrarood kan worden uitgevoerd.
Eerdere waarnemingen van verre sterrenstelsels hebben geleid tot de ontdekking van twee klassen van sterrenstelsels, waarvan er één sterrenstelsels omvat die licht uitzenden in het gebied van bijna UV en zichtbare golflengten. Het andere type sterrenstelsel zendt licht uit in het infrarood (IR) en submillimeterbereik. De UV-sterrenstelsels werden niet waargenomen in het infraroodbereik, terwijl IR-sterrenstelsels niet werden waargenomen in de UV. Het was dus moeilijk uit te leggen hoe dergelijke sterrenstelsels zouden kunnen evolueren naar hedendaagse sterrenstelsels die licht uitzenden op alle golflengten. Denis Burgarella en zijn collega's hebben met hun werk een stap gezet om dit probleem op te lossen. Bij het observeren van hun nieuwe steekproef van z ~ 1-sterrenstelsels, ontdekten ze dat ongeveer 40% van deze sterrenstelsels ook licht uitstralen in het infraroodbereik. Dit is de eerste keer dat een aanzienlijk aantal verre sterrenstelsels werd waargenomen, zowel in het UV- als in IR-golflengtebereik, met de eigenschappen van beide hoofdtypen.
Uit hun observaties van dit monster heeft het team ook verschillende informatie over deze sterrenstelsels afgeleid. Door UV- en infraroodmetingen te combineren, kan voor het eerst de formatiesnelheid van sterren in deze verre sterrenstelsels worden bepaald. Sterren vormen daar zeer actief, met een snelheid van een paar honderd tot duizend sterren per jaar (momenteel vormen er zich elk jaar slechts een paar sterren in onze Melkweg). Het team bestudeerde ook hun morfologie en liet zien dat de meeste van hen spiraalstelsels zijn. Tot nu toe werd aangenomen dat verre sterrenstelsels voornamelijk interagerende sterrenstelsels waren, met onregelmatige en complexe vormen. Denis Burgarella en zijn collega's hebben nu aangetoond dat de sterrenstelsels in hun monster, gezien toen het heelal ongeveer 40% van zijn huidige leeftijd had, regelmatige vormen hadden, vergelijkbaar met hedendaagse sterrenstelsels zoals de onze. Ze brengen een nieuw element in ons begrip van de evolutie van de sterrenstelsels.
Oorspronkelijke bron: Astronomy & Astrophysics News Release
