Fusies van sterrenstelsels zijn niet bijzonder zeldzaam, maar het zijn belangrijke gebeurtenissen. Niet alleen voor de betrokken sterrenstelsels, maar ook voor wetenschappers die proberen samen te stellen hoe sterrenstelsels evolueren. Nu hebben astronomen die ALMA gebruiken het eerste voorbeeld tot nu toe gevonden van het samenvoegen van sterrenstelsels.
Het paar samenvoegende sterrenstelsels in kwestie heet B14-65666, een logge naam, maar wetenschappelijk bruikbaar. (Voorlopig noemen we het 'het object'.) Het object is 13 miljard lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Sextans. Dat betekent dat het licht dat we nu zien het object 13 miljard jaar geleden verliet, kort na het begin van het heelal.
Dit is niet de eerste keer dat dit object wordt gezien. Voorheen zag de Hubble dit object, maar het verscheen voor de Hubble als twee afzonderlijke objecten, waarschijnlijk sterrenhopen. Maar het team dat de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) gebruikt, misschien wel de meest gevoelige radiotelescoop ter wereld, heeft aangetoond dat het object in feite twee samenvoegende sterrenstelsels is, 13 miljard jaar geleden.
De resultaten van deze nieuwe waarnemingen zijn gepubliceerd in Publications of the Astronomical Society of Japan op 18 juni 2019. De naam van het artikel is 'Big Three Dragons': az = 7.15 Lyman Break Galaxy Detected in [OIII] 88 um, [CII ] 158 um en Dust Continuum met ALMA. " De hoofdauteur van de studie is Takuya Hashimoto van de Waseda University, Japan.
Toen Hubble naar het object keek, was het beperkt tot het ultraviolette spectrum. Met die beperking bleek het object twee sterrenhopen te zijn, één in het noordoosten en één in het zuidwesten. Maar toen Hashimoto en zijn team de kracht van Alma gebruikten om het object te bestuderen, zagen ze iets anders: de veelbetekenende vingerafdrukken van chemische elementen.
ALMA kon de radiogolfemissies van koolstof, zuurstof en stof in het object zien. De detectie van die drie signalen was de sleutel om de aard van het object te ontsluiten.
Uit analyse bleek dat het object inderdaad uit twee delen bestaat, net zoals Hubble zag. Maar de signalen van koolstof, zuurstof en stof voegden dankzij ALMA een extra informatielaag toe. Het toonde aan dat hoewel de twee klodders verschillend zijn, ze een enkel systeem vormen. Elke klodder beweegt met een andere snelheid, wat aangeeft dat het twee sterrenstelsels zijn die samensmelten.
"Met rijke data van ALMA en HST, gecombineerd met geavanceerde data-analyse, zouden we de puzzelstukjes kunnen samenvoegen om te laten zien dat B14-65666 een paar samenvoegende sterrenstelsels is in het vroegste tijdperk van het heelal", legt Hashimoto uit in een persbericht. "Detectie van radiogolven van drie componenten in zo'n ver verwijderd object toont aan dat ALMA in staat is om het verre heelal te onderzoeken."
Volgens de studie is het object nu het vroegst bekende voorbeeld van een fusie van sterrenstelsels. De onderzoekers schatten ook de totale stellaire massa van B14-65666 op minder dan 10% van de massa van de Melkweg. Dit betekent dat het object zich in de vroegste stadia van zijn evolutie bevindt. Dit is logisch, omdat het oud is.
Hoewel het object jong is, is het veel actiever in de productie van sterren dan ons eigen sterrenstelsel. ALMA-waarnemingen detecteerden hoge temperaturen en helderheid in het stof. De auteurs zeggen dat dit waarschijnlijk het gevolg is van zeer krachtige ultraviolette straling die wordt geproduceerd door actieve stervorming. Die actieve stervorming is een andere indicatie van samensmeltende sterrenstelsels, omdat botsende sterrenstelsels veel gascompressie ondergaan, wat uitbarstingen van stervorming veroorzaakt. Zoals de auteurs in hun paper zeggen: "... we betogen dat B14-65666 een starburst-sterrenstelsel is dat wordt veroorzaakt door een grote fusie."
'Onze volgende stap is het zoeken naar stikstof, een ander belangrijk chemisch element en zelfs het koolmonoxidemolecuul', zegt Akio Inoue, professor aan de Waseda University en onderdeel van het onderzoeksteam. "Uiteindelijk hopen we de circulatie en accumulatie van elementen en materiaal in de context van de vorming en evolutie van sterrenstelsels observerend te begrijpen."
Fusies van sterrenstelsels zijn een belangrijk onderdeel van de evolutie van sterrenstelsels. Vaak slikt een groter sterrenstelsel een kleinere in. Kleine sterrenstelsels kunnen samensmelten tot grotere, hoewel men denkt dat dat zeldzaam is. Onze eigen Melkweg heeft fusies meegemaakt waardoor deze is uitgegroeid tot de huidige enorme omvang.
In een paper uit 2018 presenteerden astronomen bewijzen op basis van een eeuw aan waarnemingen die aantonen dat de Melkweg een populatie van sterren uit een ander sterrenstelsel bevat. Ongeveer tien miljard jaar geleden kwam een ander sterrenstelsel in botsing met het onze en liet een duidelijke populatie van sterren achter in de galactische innerlijke halo. De auteurs van dat artikel voerden aan dat die sterren afkomstig zijn uit een klein sterrenstelsel dat ongeveer zo groot was als de kleine Magelhaense wolk.
Over ongeveer 4,5 miljard jaar zal de Melkweg in botsing komen met de Andromeda Galaxy en samensmelten. Het resulterende sterrenstelsel wordt mogelijk Milkdromeda genoemd. En op dit moment gaat de Melkweg op in het veel kleinere spookstelsel genaamd Antlia 2 (Ant 2).
De auteurs van de studie denken dat er, net als onze Melkweg, in de toekomstige (verleden?) Objecten nog meer fusies kunnen zijn die tot nu toe niet zijn opgemerkt. In het artikel zeggen ze: "Hoewel onze huidige gegevens geen begeleidende objecten rond B14-65666 tonen, zouden toekomstige diepere ALMA-gegevens metgezelstelsels rond B14-65666 kunnen onthullen." Ze concluderen dat het object een uitstekende kandidaat is voor vervolgwaarnemingen. "Gezien de rijke gegevens die beschikbaar zijn en de ruimtelijk uitgebreide aard, is B14-65666 een van de beste doelen voor vervolgwaarnemingen met ALMA en <de> James Webb Space Telescope ..."
Bronnen:
- Persbericht: ALMA vindt vroegste voorbeeld van samenvoegende melkwegstelsels
- Research Paper: "Big Three Dragons": a z = 7.15 Lyman Break Galaxy gedetecteerd in [Oiii] 88 µm, [Cii] 158 µm en stofcontinuüm met ALMA
- Wikipedia-vermelding: Galaxy Fusie
- Research Paper: De fusie die leidde tot de vorming van de binnenste stellaire halo en dikke schijf van de Melkweg
- ALMA-observatorium
