Een nieuw beeld van de Hubble-ruimtetelescoop toont enkele van de eerste heldere sterrenstelsels die in het heelal opduiken en ongeveer 13 miljard jaar geleden of 900 miljoen jaar na de oerknal verschijnen. Melkwegstelsels zoals deze waren 700 miljoen jaar na de oerknal niet zichtbaar, dus kleinere sterrenstelsels moeten vrij snel zijn samengevoegd om groot en helder te worden. De ontdekkingen zijn gedaan in het Hubble Ultra Deep Field en de Great Observatory Origins Deep Survey Fields.
Een systematische zoektocht naar de eerste heldere sterrenstelsels die zich in het vroege heelal hebben gevormd, heeft een dramatische sprong in het aantal van dergelijke sterrenstelsels rond 13 miljard jaar geleden onthuld. Deze waarnemingen van de vroegste stadia in de evolutie van sterrenstelsels leveren nieuw bewijs voor de hiërarchische theorie van de vorming van sterrenstelsels - het idee dat grote sterrenstelsels zich in de loop van de tijd hebben opgebouwd naarmate kleinere sterrenstelsels botsten en samenvloeiden.
Astronomen Rychard Bouwens en Garth Illingworth van de Universiteit van Californië, Santa Cruz, gebruikten de Hubble-ruimtetelescoop om de vorming van sterrenstelsels tijdens de eerste 900 miljoen jaar na de oerknal te onderzoeken. Ze rapporteerden hun laatste bevindingen in het nummer van 14 september van het tijdschrift Nature.
Diepe waarnemingen in drie donkere plekken in de lucht - het Hubble Ultra Deep Field en de Great Observatories Origins Deep Survey-velden - verzamelden het zwakke licht dat 13 miljard jaar geleden door sterren in oer-sterrenstelsels werd uitgezonden. Alleen de helderste sterrenstelsels konden op zulke grote afstanden worden waargenomen.
'Dit zijn de diepste infrarood- en optische gegevens die ooit zijn genomen. We kijken naar een zeer vroeg stadium in de opbouw van sterrenstelsels '', zegt Illingworth, een professor in astronomie en astrofysica aan UCSC.
De onderzoekers observeerden honderden heldere sterrenstelsels rond 900 miljoen jaar na de oerknal. Maar toen ze dieper keken, ongeveer 200 miljoen jaar eerder, vonden ze er maar één. Door hun zoekcriteria een beetje te versoepelen, kwamen er nog een paar kandidaten bij, maar er waren duidelijk veel veranderingen in die 200 miljoen jaar, zei Illingworth.
“De grotere, meer heldere sterrenstelsels waren er gewoon niet op hun plaats 700 miljoen jaar na de oerknal. Maar 200 miljoen jaar later waren er nog veel meer, dus er moeten in die tijd veel kleinere sterrenstelsels zijn samengevoegd, 'zei hij.
Astronomen kunnen bepalen wanneer licht wordt uitgezonden door een bron op afstand door de roodverschuiving, een maat voor hoe de uitdijing van het heelal de golflengten van het licht verlengde terwijl het door de ruimte reisde over grote afstanden. Bouwens, een postdoctoraal onderzoeker bij UCSC en eerste auteur van de Nature-paper, ontwikkelde software om systematisch de Hubble-gegevens te doorzoeken op zoek naar sterrenstelsels met hoge roodverschuiving.
De gegevens waren afkomstig van twee krachtige instrumenten op Hubble, de Advanced Camera for Surveys (ACS) en de Near Infrared Camera en Multi-Object Spectrograph (NICMOS). De onderzoekers vergeleken het aantal sterrenstelsels dat werd gedetecteerd bij een roodverschuiving van 7 tot 8 (700 miljoen jaar na de oerknal) met wat ze hadden verwacht te vinden als de populatie van sterrenstelsels dan zou zijn als de populatie die ze bij roodverschuiving 6 hadden waargenomen (200 miljoen jaar later). Afhankelijk van de strengheid van hun selectiecriteria, vonden ze één sterrenstelsel waar ze 10 hadden verwacht, of vier waar ze 17 hadden verwacht.
"Onze aanpak biedt een zeer kwantitatieve manier om de opbouw van structuur in het universum te meten, zodat we kunnen zien hoe snel het in de loop van de tijd veranderde naarmate kleinere sterrenstelsels samensmolten tot grotere," zei Bouwens.
De sterrenstelsels die in dit onderzoek worden waargenomen, zijn veel kleiner dan onze eigen Melkweg en andere gigantische sterrenstelsels die we tegenwoordig in het nabije heelal zien. Deze vroege sterrenstelsels stonden ook in brand door stervorming en zonden blauwachtig licht uit dat tijdens de 13 miljard jaar durende reis naar de gevoelige detectoren van Hubble naar rood licht werd verschoven.
"Het is verbazingwekkend dat we 13 miljard jaar terugkijken. We kijken naar sterrenstelsels die al zijn geëvolueerd van kleinere voorlopers, maar het is slechts een paar honderd miljoen jaar na de vorming van de eerste sterren '', aldus Illingworth.
Als de Melkweg een galactische oudere burger is, dan zijn deze sterrenstelsels peuters of kleuters. Voorlopig kunnen onderzoekers de nog kleinere kleine melkwegstelsels die moeten zijn samengevoegd om deze eerste heldere sterrenstelsels te vormen, niet detecteren.
Maar de zaden van die eerste sterrenstelsels zijn te zien in de kosmische achtergrondstraling van de microgolf, het meest recent en nauwkeurig gemeten door de Wilkinson Microgolfanisotropiesonde (WMAP), die ongeveer 400.000 jaar na de Grote kleine fluctuaties in de dichtheid vertoont in een opmerkelijk homogeen universum. Bang.
“Al heel vroeg in de evolutie van het universum verliep alles heel soepel. Maar na verloop van tijd werd het universum steeds klonteriger naarmate de zwaartekracht meer materie de dichtere gebieden in trok, ”zei Bouwens. "Onze waarnemingen van vroege sterrenstelsels stellen ons in staat te meten hoe snel het universum evolueerde van kleinere naar grotere klonten."
Detectie van de allereerste te vormen sterrenstelsels zal mogelijk zijn met de opvolger van Hubble, de James Webb-ruimtetelescoop, die momenteel gepland is voor lancering in 2013, zei Illingworth. Aanvullende informatie over het zoeken naar de eerste sterrenstelsels is beschikbaar op internet op http://firstgalaxies.ucolick.org/.
Oorspronkelijke bron: UCSC News Release
