Voordat ons universum zijn 1 miljardste verjaardag bereikte, vormde zich een ongewoon sterrenstelsel dat met verbazingwekkende snelheden nieuwe sterren begon op te zwepen. Slechts 800 miljoen jaar later viel het ultramassieve sterrenstelsel plotseling stil, volgens een nieuwe studie.
Het enorme sterrenstelsel, XMM-2599 genaamd, viel in de begintijd van het heelal op als een zeldzaamheid.
"Over het algemeen zouden vroeggevormde sterrenstelsels kleiner in massa moeten zijn, omdat het huidige model van structuurvorming hiërarchisch is - er wordt verwacht dat kleine, lichte sterrenstelsels zich eerst zullen vormen, en dan zouden ze samensmelten tot grotere, meer massieve sterrenstelsels op een ", schreef co-auteur Danilo Marchesini, een professor in de natuurkunde en astronomie aan de Tufts University, in een verklaring. Maar XMM-2599, met zes keer de massa van de Melkweg, tart deze voorspellingen volledig.
Sommige numerieke modellen voorspellen dat dergelijke monsterstelsels in het vroege heelal bestonden, maar van die voorspelde sterrenstelsels wordt verwacht dat ze actief sterren gaan vormen, zei Gillian Wilson, een professor in de natuurkunde en astronomie aan de University of California, Riverside (UCR), in een verklaring van de universiteit. 'Wat XMM-2599 zo interessant, ongebruikelijk en verrassend maakt, is dat het geen sterren meer vormt.'
En niemand weet waarom.
Marchesini, Wilson en hun collega's beschreven de verbijsterende ontdekking in een nieuwe studie die vandaag (5 februari) is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.
Het team zag XMM-2599 door de elektromagnetische straling van verre sterren te meten, waardoor onderzoekers de chemische en fysische eigenschappen van sterrenstelsels kunnen bepalen. De straling moet vaak over uitgestrekte ruimte reizen voordat ze aardgebonden instrumenten bereikt, en de reis kan lang duren. Dat betekent dat wetenschappers door spectroscopische metingen te doen een glimp kunnen opvangen van hoe ons universum er in het verre verleden uitzag.
Met behulp van hun metingen ontwikkelde het team wiskundige modellen om te voorspellen hoe XMM-2599 zich door de tijd zou hebben gevormd. "Zelfs voordat het universum 2 miljard jaar oud was, had XMM-2599 al een massa van meer dan 300 miljard zonnen gevormd, waardoor het een ultramassief sterrenstelsel werd", zegt hoofdauteur Benjamin Forrest, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling UCR van Natuurkunde en Astronomie, zei in de UCR-verklaring.
Het model suggereert dat het sterrenstelsel de meeste van zijn sterren in een "enorme waanzin" produceerde toen het universum minder dan 1 miljard jaar oud was, zei Forrest. Tijdens piekproductie produceerde de melkweg elk jaar meer dan 1.000 zonsmassa's; Tegelijkertijd vormde onze Melkweg slechts één nieuwe ster, merkte de verklaring op. De modellen voorspelden dat XMM-2599 nieuwe sterren had moeten blijven produceren, zoals de meeste sterrenstelsels deden in dat tijdperk van de kosmische geschiedenis. In plaats daarvan viel het monsterstelsel inactief, misschien door een gebrek aan brandstof of door activiteit van het zwarte gat in het midden, zei Wilson.
'We hebben de XMM-2599 gevangen in de inactieve fase', zei Wilson. Hoewel het sterrenstelsel geen nieuwe sterren meer maakt, kan het zijn opgebouwde massa niet verliezen, voegde hij eraan toe. 'Zou de zwaartekracht na verloop van tijd nabijgelegen stervormende sterrenstelsels kunnen aantrekken en een heldere stad van sterrenstelsels kunnen worden?'
In theorie zou XMM-2599 een centrale figuur kunnen worden in een van de 'helderste en meest massieve clusters van sterrenstelsels in het lokale universum', zei co-auteur Michael Cooper, professor in de astronomie aan de Universiteit van Californië, Irvine, in de UCR-verklaring. 'Als alternatief kan het op zichzelf blijven bestaan. Of we kunnen een scenario hebben dat tussen deze twee uitkomsten ligt.'
De auteurs weten nog niet waarom XMM-2599 is gestopt met het produceren van sterren, of hoe de melkweg in de toekomst zou kunnen evolueren. Ze concluderen dat, gezien hoe plotseling de melkweg inactief werd, het bestaan van XMM-2599 "ons huidige begrip van hoe ultra-massieve sterrenstelsels zich vormen en evolueren in het vroege universum".
