Wetenschappers die de Hubble-ruimtetelescoop van NASA gebruiken, hebben de leeftijd gemeten van wat misschien wel het jongste sterrenstelsel is dat ooit in het universum is gezien. Naar kosmologische maatstaven is het slechts een peuter die schijnbaar niet op zijn plaats is tussen de volwassen sterrenstelsels eromheen. Genaamd I Zwicky 18, het kan zo jong zijn als 500 miljoen jaar oud (zo recent een tijdperk dat het complexe leven al op aarde begon te verschijnen). Ons Melkwegstelsel is daarentegen meer dan 20 keer ouder, of ongeveer 12 miljard jaar oud, de typische leeftijd van sterrenstelsels in het hele universum. Dit 'late leven'-sterrenstelsel biedt een zeldzame blik op hoe de eerste verkleinende sterrenstelsels in het vroege heelal eruit zien.
De melkweg maakt deel uit van een catalogus van 30.000 nabijgelegen sterrenstelsels die de Zwitserse astronoom Fred Zwicky in de jaren dertig verzamelde door de hele noordelijke hemel te fotograferen. Hoewel astronomen al lang vermoedden dat dit sterrenstelsel een jongere was, zorgden de uitstekende gevoeligheid van Hubble ervoor dat astronomen vanwege hun primordiale chemische samenstelling een betrouwbare telling konden doen van de totale stellaire populatie in het sterrenstelsel. Hierdoor konden ze de oudste sterren in de melkweg betrouwbaar identificeren en daarmee een bovengrens instellen voor de leeftijd van de melkweg.
Het melkwegstelsel slaagde erin het grootste deel van de evolutie van het universum in een embryonale toestand te blijven als een koude gaswolk van oerwaterstof en helium. Toen talloze sterrenstelsels overal in de ruimte bloeiden, begon deze laatbloeier pas ongeveer 13 miljard jaar na de oerknal met actieve stervorming en maakte hij pas zo'n 500 miljoen jaar geleden een plotselinge eerste starburst door.
Slechts 45 miljoen lichtjaar verwijderd? veel dichterbij dan andere jonge sterrenstelsels in de bijna 14 miljard lichtjaar van het heelal? I Zwicky 18 is misschien wel de enige kans voor astronomen om de bouwstenen waaruit sterrenstelsels worden gevormd in detail te bestuderen. Het blijft een raadsel waarom het gas in het dwergstelsel, in tegenstelling tot dat in andere sterrenstelsels, zo lang duurde? bijna de leeftijd van het universum? om in te storten onder invloed van de zwaartekracht om de eerste sterren te vormen.
"I Zwicky 18 is een bonafide jonge melkweg", zegt Trinh Thuan, hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Virginia, die samen met Yuri Izotov van het Observatorium van Kiev de studie mede-schreef. “Dit is buitengewoon omdat je zou verwachten dat jonge sterrenstelsels zich pas rond de eerste miljard jaar of zo na de oerknal zullen vormen, en niet zo'n 13 miljard jaar later. En van jonge sterrenstelsels werd verwacht dat ze ver weg waren, aan de rand van het waarneembare universum, maar niet in het lokale universum ”, zei Izotov.
De bevinding, gerapporteerd in het nummer van 1 december van het Astrophysical Journal, geeft een nieuw inzicht in hoe sterrenstelsels zich voor het eerst hebben gevormd. Het sterrenstelsel I Zwicky 18 biedt een glimp van hoe de vroege Melkweg er 13 miljard jaar geleden uitzag. Een andere set Hubble-waarnemingen door een ander team geeft de melkweg een iets oudere leeftijd van 1 miljard jaar, terwijl het nog steeds een vergelijkbare pasgeborene blijft. Goran Ostlin van het Observatorium van Stockholm en Mustapha Mouhcine van de Universiteit van Nottingham gebruikten de Near Infrared Camera en Multi-Object Spectrometer van Hubble om een populatie koele rode sterren te vinden, die iets ouder zijn dan de sterren die worden gezien door de Advanced Camera for Surveys Camera. De resultaten worden gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics.
Om te bewijzen dat I Zwicky 18 een nieuw sterrenstelsel is, moesten Thuan en Izotov aantonen dat het vanaf de eerste paar miljard jaar na de oerknal, de periode waarin een groot deel van de sterren in het heelal werd gevormd, geen sterren had. Hoewel astronomen vermoedden dat de melkweg uitzonderlijk jong was, moesten ze wachten tot Hubble de nodige gevoeligheid bood om te detecteren of er in het dwergstelsel al dan niet oudere sterren, vage rode reuzen, bestonden. De geavanceerde camera voor enquêtes van Hubble had een zeer lange belichtingstijd nodig, waarbij 25 telescoopbanen nodig waren om naar de zwakste sterren in de melkweg te zoeken. De aanwezigheid van oude sterren in de melkweg zou erop hebben gewezen dat de melkweg zelf, zoals alle andere bekende sterrenstelsels in het heelal, oud was.
Men denkt dat grote sterrenstelsels zoals de Melkweg hiërarchisch groeien, waarbij kleinere sterrenstelsels opgaan in grotere sterrenstelsels, zoals zijrivieren die opgaan in grote rivieren. I Zwicky 18 is een voorbeeld van deze vroege populatie van kleine dwergstelsels. 'Deze bouwsteendwergstelsels zijn te zwak en te klein om zonder de meest gevoelige instrumenten te worden bestudeerd, zelfs niet in het lokale universum, laat staan in de verre uithoeken van de kosmos,' zei Thuan.
Verder bewijs voor de jeugd van I Zwicky 18 is het feit dat het interstellaire gas 'bijna ongerept' is, zei Thuan, en voornamelijk samengesteld uit waterstof en helium, de twee belangrijkste lichtelementen die in de oerknal werden gecreëerd, gedurende de eerste drie minuten van het bestaan van het universum. Het dwergstelsel omvat alleen een besprenkeling van de andere zwaardere elementen, zoals koolstof, stikstof of zuurstof die later worden gecreëerd naarmate sterren zich ontwikkelen. De bijna afwezigheid van zulke zware elementen suggereert dat een groot deel van het oergas in het dwergstelsel er niet in is geslaagd om sterren te vormen die vervolgens zware elementen produceren.
Oorspronkelijke bron: Hubble News Release
