'Het verste sterrenstelsel ooit gezien!' Hebben we die niet eerder gehoord? (Zie hier en hier bijvoorbeeld.) Hoewel het waar is dat astronomen steeds verder teruggaan in de tijd met betere instrumenten, zijn er fundamentele uitdagingen, zowel bij het observeren als meten van de afstanden tot de vroegste sterrenstelsels in de kosmos.
Daarom is deze nieuwe waarneming van een sterrenstelsel dat zich ongeveer 700 miljoen jaar na de oerknal heeft gevormd, belangrijk. Hoewel er tal van sterrenstelsels zijn geïdentificeerd die in die tijd zijn gevormd, hebben astronomen slechts vijf nauwkeurige afstanden gemeten. Dit sterrenstelsel is het zesde en het is het verst van het stel. Misschien nog belangrijker dan de afstandsmeting, ontdekten onderzoekers dat dit sterrenstelsel meer dan 100 keer de snelheid van de Melkweg heeft geschapen. Dat wijst erop dat vroege sterrenstelsels mogelijk agressiever waren met stervorming dan eerder werd aangenomen.
Een nieuw artikel gepubliceerd in Natuur (paywall-waarschuwing) beschrijft de meting van de roodverschuiving van een sterrenstelsel die is geïdentificeerd in de Cosmic Assembly Near-infrarood Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), die de infraroodspectrograaf op de Keck-telescoop op Hawaï gebruikt. Vanwege deze enorme afstand ziet de Hubble-ruimtetelescoop het melkwegstelsel niet in zijn optische banden, maar het is een heldere bron in infrarood, zowel voor Hubble als voor de Spitzer-ruimtetelescoop. Roodverschuiving, als je je dat herinnert, is een maat voor hoe snel een melkwegstelsel van ons weg lijkt te bewegen terwijl het heelal zich uitbreidt; hoe hoger de roodverschuiving, hoe verder weg dat sterrenstelsel is - en daarom, hoe langer geleden het het licht uitzond dat we zien. Naarmate het heelal groeit, strekt het de golflengte van licht proportioneel uit. Op die manier wordt het zichtbare licht of zelfs de ultraviolette straling die in sterren gebruikelijk is, naar het infrarode deel van het spectrum verschoven.
In dit geval hebben astronomen de roodverschuiving van sterrenstelsel z8_GND_5296 (er is een gedenkwaardige naam voor jou) gemeten op 7,51, wat zich vertaalt naar ongeveer 13 miljard lichtjaar van ons verwijderd. Ze bepaalden dit aantal door Lyman alpha (Ly α) -emissie uit waterstofgas te meten, wat zowel heel gebruikelijk is als moeilijk te meten op zulke grote afstanden. Ly α-licht van waterstofgas op onze locatie is ongeveer 122 nanometer, stevig in het ultraviolette deel van het spectrum, maar de overeenkomstige emissie van z8_GND_5296 is ongeveer 1034 nanometer, wat infrarood is. (Om de roodverschuiving te krijgen, deelt u het grotere getal door het kleinere en trekt u er 1 van af. Helaas is de relatie tussen roodverschuiving en afstand nergens zo eenvoudig.)
Niet elk melkwegstelsel op vergelijkbare afstanden heeft echter meetbare Ly α-emissies: iets lijkt te voorkomen dat veel van dat licht ons bereikt. Het leidende idee is neutraal intergalactisch gas dat het licht verstrooit, maar er worden te weinig sterrenstelsels waargenomen om die hypothese te bevestigen. Als gevolg hiervan, hoewel er tientallen sterrenstelsels zijn met roodverschuivingen groter dan 7 (niet bepaald door het spectrum maar door de schijnbare kleur van de melkweg), kunnen de roodverschuivingen voor de meesten niet dubbel worden gecontroleerd. Dit artikel rapporteert over 43 vroege sterrenstelsels, maar slechts één van die monsters had meetbare Ly α-emissies.
Interessanter is dat de melkweg z8_GND_5296 relatief rijk is aan "metalen": elementen die zwaarder zijn dan helium. Aangezien deze elementen worden geproduceerd door sterren in plaats van door de oerknal, duidt dit op een zeer snelle cyclus van geboorte en dood van sterren, zelfs tegen de tijd dat dit sterrenstelsel het licht uitzendt dat we waarnemen.
Om die bewering te ondersteunen, ontdekten de auteurs van deze studie dat z8_GND_5296 en een soortgelijk sterrenstelsel, GN 108036 genoemd, extreem hoge stervormingssnelheden hebben, waardoor het equivalent van 330 massazonnen in nieuwe sterren wordt omgezet. Dat is meer dan 100 keer de stervormingssnelheid van de Melkweg en vergelijkbaar met enkele van de meest extreme stervormende sterrenstelsels. Eerder werd gedacht dat deze sterrenstelsels zeldzaam waren, dus het kan nodig zijn dat astronomen hun schattingen herzien over hoe snel nieuwe sterren werden gemaakt in vroege sterrenstelsels.
Wat er ook gebeurt, het zal interessant zijn om te zien hoe andere vroege sterrenstelsels eruit zien naarmate onze waarnemingen verbeteren. Zonder dat weten we niet of z8_GND_5296 een zeldzaamheid is in zijn extreme stervorming, of begrijpen waarom het relatief helder is in Ly α-emissies terwijl zijn broers en zussen dat niet zijn. En misschien vinden we de scheiding in tijd tussen het tijdperk zonder sterrenstelsels en de allereerste sterrenstelsels die zich vormen.
