Wetenschappers hebben een manier gevonden om voorbij de atmosfeer van de aarde - en het oude kosmische stof - te kijken om een glimp op te vangen van sterrenstelsels die in de eerste 5 miljard jaar van het heelal zijn gevormd.
Een nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature, onthult het allereerste nieuws uit stervormingsgebieden, zowel dichtbij als veraf - waaronder enkele van de randen van het heelal, die ons het snelst wegrennen vanwege de uitbreiding van het heelal.
De bevindingen verduidelijken ook de bronnen van de verre infraroodachtergrond, lang gehuld in mysterie.
De ontdekkingen zijn afkomstig van de ballon-gedragen groot diafragma-submillimeter-telescoop (BLAST), die in 2006 120.000 voet (36.576 meter) boven Antarctica zweefde.
Het BLAST-team koos ervoor om een bepaald deel van de hemel in kaart te brengen, de Great Observatories Origins Deep Survey – South (GOODS-South), die op andere golflengten werd bestudeerd door NASA's drie 'grote observatoria' - de Hubble-, Spitzer- en Chandra-ruimtetelescopen . In één epische ballonvaart van 11 dagen vond BLAST meer dan 10 keer het totale aantal submillimeter starburst-sterrenstelsels dat werd gedetecteerd in een decennium van waarnemingen op de grond.
"We hebben alles gemeten, van duizenden kleine wolken in ons eigen sterrenstelsel die stervorming ondergaan tot sterrenstelsels in het heelal toen het nog maar een kwart van zijn huidige leeftijd was", zegt hoofdauteur Mark Devlin van de Universiteit van Pennsylvania.
In de jaren tachtig en negentig bleken bepaalde sterrenstelsels die Ultraluminium InfraRed Galaxies worden genoemd honderden keren meer sterren te baren dan onze eigen lokale sterrenstelsels. Men dacht dat deze 'starburst'-sterrenstelsels, op een afstand van 7-10 miljard lichtjaar, de ver-infraroodachtergrond vormen die door de COBE-satelliet is ontdekt. Sinds de eerste meting van deze achtergrondstraling hebben experimenten met hogere resolutie geprobeerd de individuele sterrenstelsels waaruit het bestaat te detecteren.
De BLAST-studie combineert metingen van telescooponderzoeken bij golflengten onder 1 millimeter met gegevens bij veel kortere infraroodgolflengten van de Spitzer-ruimtetelescoop. De resultaten bevestigen dat alle verre infraroodachtergrond afkomstig is van individuele verre sterrenstelsels, waarmee in wezen een tien jaar oude vraag naar de oorsprong van de straling is opgelost.
Stervorming vindt plaats in wolken bestaande uit waterstofgas en een kleine hoeveelheid stof. Het stof absorbeert het sterrenlicht van jonge, hete sterren en verwarmt de wolken tot ongeveer 30 graden boven het absolute nulpunt (of 30 Kelvin). Het licht wordt opnieuw uitgezonden bij veel langere infrarood- en submillimetergolflengten.
Dus maar liefst 50 procent van de lichtenergie van het universum is infrarood licht van jonge, vormende sterrenstelsels. In feite is er evenveel energie in de verre infraroodachtergrond als in het totale optische licht dat wordt uitgezonden door sterren en sterrenstelsels in het heelal. Bekende optische beelden van de nachtelijke hemel missen de helft van het beeld dat de kosmische geschiedenis van stervorming beschrijft, zeggen de auteurs.
"BLAST heeft ons een nieuwe kijk op het heelal gegeven", zegt Barth Netterfield van de Universiteit van Toronto, de Canadese hoofdonderzoeker van BLAST, "waardoor het BLAST-team ontdekkingen kan doen in onderwerpen variërend van de vorming van sterren tot de evolutie van verre Sterrenstelsels. '
In een begeleidende Nieuws & Views stuk, auteur Ian Smail, een computationele kosmoloog van Durham University in het Verenigd Koninkrijk, schreef dat "de implicatie van deze waarnemingen is dat de actieve groeifase van de meeste sterrenstelsels die tegenwoordig worden gezien, ver achter hen ligt - ze dalen naar hun equivalent van midden leeftijd."
Hij wees er ook op dat studies naar deze extreme stervormingsgebeurtenissen in het vroege heelal zullen worden ondersteund door drie grote vorderingen die het komende jaar zullen worden verwacht: de submillimetercamera op de ESA / NASA Herschel Space Observatory; de ontwikkeling van grootformaat detectoren die werken op submillimetergolflengten, waaronder een gemonteerd op de James Clerk Maxwell Telescope; en de eerste fase van de Atacama Large Millimeter Array (ALMA).
"Dergelijke waarnemingen zullen astronomen in staat stellen de verspreiding van gas en stervorming binnen deze vroege sterrenstelsels te bestuderen," schreef Smail, "wat op zijn beurt zal helpen bij het identificeren van het fysieke proces dat deze ultralichte uitbarstingen van stervorming veroorzaakt en hun rol in de vorming van de sterrenstelsels die we in het Space Magazine zien. '
LEAD IMAGE CAPTION: De BLAST-telescoop net voor de lancering op Antarctica. BLAST bevindt zich op de voorgrond, naast de 28 miljoen kubieke voetballon, op de achtergrond is de vulkaan Mount Erebus. Krediet: Mark Halpern
Bron: Nature and a University of Pennsylvania persbericht (nog niet online). Afbeeldingen, foto's, luchtkaarten en de volledige studie zijn beschikbaar op de BLAST-website.
