Al tientallen jaren proberen astronomen zo ver mogelijk in het diepe heelal te kijken. Door de kosmos te observeren zoals het was kort na de oerknal, hopen astrofysici en kosmologen alles te leren over de vroege vorming van het heelal en de daaropvolgende evolutie. Dankzij instrumenten als de Hubble-ruimtetelescoophebben astronomen delen van het heelal kunnen zien die voorheen ontoegankelijk waren.
Maar zelfs de eerbiedwaardige Hubble is niet in staat om alles te zien wat er tijdens het vroege heelal gebeurde. Echter, gebruikmakend van de gecombineerde kracht van enkele van de nieuwste astronomische observatoria van over de hele wereld, observeerde een team van internationale astronomen onder leiding van het Tokyo University's Institute of Astronomy 39 voorheen onontdekte oude sterrenstelsels, een vondst die grote implicaties zou kunnen hebben voor astronomie en kosmologie.
Het team achter de ontdekking bestond uit leden van het Tokyo University's Institute of Astronomy, het French National Center for Scientific Research (CNRS), de Anhui Normal University in China, de University of Ludwig-Maximilians in München, de National Astronomical Observatories of China en de Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) in Taiwan. Hun onderzoek verscheen in het nummer van 7 augustus van Natuur.
Het 'onzichtbare' spotten
Simpel gezegd, de vroegst mogelijke sterrenstelsels in het heelal zijn tot nu toe onzichtbaar gebleven omdat hun licht erg zwak is en optreedt bij lange golflengten die niet detecteerbaar zijn door Hubble. Het team
De ontdekking die resulteerde was niet alleen ongekend, maar de ontdekking van zoveel sterrenstelsels van dit type tart de huidige kosmologische modellen. Zoals Tao Wang, een onderzoeker van de AISAA en co-auteur van de studie, uitlegde:
'Dit is de eerste keer dat zo'n grote populatie van enorme sterrenstelsels werd bevestigd tijdens de eerste 2 miljard jaar van het 13,7 miljard jaar durende leven van het universum. Deze waren voorheen voor ons onzichtbaar. Deze bevinding is in strijd met de huidige modellen voor die periode van kosmische evolutie en zal helpen om enkele details toe te voegen, die tot nu toe ontbraken. ”
Hoewel deze sterrenstelsels destijds de grootste waren, waren ze nog steeds erg moeilijk te herkennen. Een groot deel van de reden heeft te maken met de mate waarin hun licht is uitgestrekt door de uitdijing van het heelal. In de alledaagse astronomie,
Hierdoor kunnen astronomen niet alleen zien hoe ver een object is verwijderd, maar ook hoe dat object er in het verleden uitzag. Maar als we naar het allereerste tijdperk van het heelal kijken (meer dan 13 miljard jaar geleden), strekt de immense afstand de golflengte van zichtbaar licht uit tot het punt dat het niet langer in het domein van zichtbaar licht is en infrarood wordt.
Een andere reden waarom deze sterrenstelsels moeilijk te herkennen zijn, is dat grotere sterrenstelsels de neiging hebben om in stof gehuld te zijn, vooral wanneer ze zich nog in de vroege delen van hun formatie bevinden. Dit heeft de neiging om ze meer te verbergen dan hun kleinere galactische tegenhangers. Om deze redenen bestond het vermoeden dat deze sterrenstelsels niet zo oud waren als het team suggereerde. Zoals Wang aangaf:
'Het was moeilijk om onze collega's ervan te overtuigen dat deze sterrenstelsels zo oud waren als we dachten dat ze zouden zijn. Onze aanvankelijke vermoedens over hun bestaan kwamen van de infraroodgegevens van de Spitzer-ruimtetelescoop. Maar ALMA heeft scherpe ogen en onthulde details op submillimetergolflengten, de beste golflengte om door stof in het vroege universum te turen. Toch waren er meer gegevens nodig van de fantasierijke Very Large Telescope in Chili om echt te bewijzen dat we oude massieve sterrenstelsels zagen waar er nog geen waren. ”
Wat betekent dit voor astronomie?
Aangezien de ontdekking van deze sterrenstelsels onze huidige kosmologische modellen tart, hebben de bevindingen van het team natuurlijk een aantal belangrijke implicaties voor astronomen. Zoals Kotaro Kohno, een professor aan het Instituut voor Astronomie en een co-auteur van de studie, uitlegde:
'Hoe groter een sterrenstelsel, hoe groter het superzware zwarte gat in zijn hart. Dus de studie van deze sterrenstelsels en hun evolutie zal ons ook meer vertellen over de evolutie van superzware zwarte gaten, ”voegde Kohno eraan toe. 'Enorme sterrenstelsels zijn ook nauw verbonden met de verspreiding van onzichtbare donkere materie. Dit speelt een rol bij het vormgeven van de structuur en distributie van sterrenstelsels. Theoretische onderzoekers zullen hun theorieën nu moeten actualiseren. ”
Een andere interessante vondst was de manier waarop deze 39 oude sterrenstelsels verschillen van de onze. Om te beginnen hadden deze sterrenstelsels een hogere dichtheid van sterren dan de Melkweg tegenwoordig; wat betekent dat als ons sterrenstelsel vergelijkbaar was, sterrenkijkers iets heel anders zouden zien als ze naar de nachtelijke hemel keken.
'Om te beginnen zou de nachtelijke hemel veel majestueuzer lijken. De grotere dichtheid van sterren betekent dat er veel meer sterren in de buurt zouden zijn door er groter en helderder uit te zien, ”zei Wang. "Omgekeerd betekent de grote hoeveelheid stof dat verder weg gelegen sterren veel minder zichtbaar zouden zijn, dus de achtergrond van deze heldere nabije sterren zou een enorme donkere leegte kunnen zijn."
Aangezien dit de eerste keer is dat een dergelijke galactische populatie wordt ontdekt, kijken astronomen uit naar wat ze nog meer kunnen vinden. Zoals het er nu uitziet, is zelfs ALMA niet geavanceerd genoeg om de chemische samenstellingen en stellaire populaties van deze sterrenstelsels te onderzoeken. Observatoria van de volgende generatie hebben echter de resolutie voor astrnomeren om deze onderzoeken uit te voeren.
Deze omvatten de James Webb-ruimtetelescoop, die momenteel gepland staat voor lancering in 2021. Waarnemingen op de grond zoals de ESO's Extremely Large Telescope (ELT), de Thirty Meter Telescope (TMT) en de Giant Magellan Telescope (GMT) zullen waarschijnlijk ook spelen een cruciale rol.
Het is een opwindende tijd voor astronomen en kosmologen. Heel langzaam pellen ze een nieuwe laag van het heelal af om te zien welke geheimen er op de loer liggen!
