13 verre sterrenstelsels gevonden in een luchtmonster. Afbeelding tegoed: ESO. Klik om te vergroten.
Het is een van de belangrijkste doelen van de observationele kosmologie om de manier waarop sterrenstelsels gevormd en geëvolueerd zijn te achterhalen en te vergelijken met voorspellingen uit theoretische modellen. Het is daarom essentieel om zo nauwkeurig mogelijk te weten hoeveel sterrenstelsels er in verschillende tijdperken in het heelal aanwezig waren.
Dit is makkelijker te zeggen dan te doen. Als het tellen van sterrenstelsels vanuit diepe astronomische beelden relatief eenvoudig is, is het meten van hun afstand - vandaar het tijdperk in de geschiedenis van het universum waar we het zien [1] - veel moeilijker. Dit vereist het nemen van een spectrum van de melkweg en het meten van de roodverschuiving [2].
Voor de zwakste sterrenstelsels - die waarschijnlijk het verst en dus ook de oudste zijn - vergt dit veel observatietijd op de grootste van de telescopen. Tot nu toe moesten astronomen dus eerst zorgvuldig de kandidaat-sterrenstelsels met hoge roodverschuiving selecteren om de tijd die nodig was voor het meten van de afstand tot een minimum te beperken. Maar het lijkt erop dat astronomen daarbij te voorzichtig waren en daardoor een verkeerd beeld hadden van de populatie van sterrenstelsels.
Het zou beter zijn om 'gewoon' in een bepaald stukje van de hemel alle sterrenstelsels helderder te observeren dan een bepaalde limiet. Maar door naar één object tegelijk te kijken, zou zo'n studie onmogelijk zijn.
Om de uitdaging aan te gaan, gebruikte een team van Franse en Italiaanse astronomen [3] de grootst mogelijke telescoop met een zeer gespecialiseerd, zeer gevoelig instrument dat tegelijkertijd een zeer groot aantal (zwakke) objecten in het afgelegen heelal kan waarnemen.
De astronomen maakten gebruik van de VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) op Melipal, een van de 8,2 m telescopen van ESO's Very Large Telescope Array. VIMOS kan de spectra van ongeveer 1.000 sterrenstelsels in één opname observeren, van waaruit roodverschuivingen, en dus afstanden, kunnen worden gemeten. De mogelijkheid om twee sterrenstelsels tegelijk te observeren zou gelijk staan aan het gelijktijdig gebruiken van twee VLT-telescopen. VIMOS vermenigvuldigt dus effectief de efficiëntie van de VLT honderden keren.
Dit maakt het mogelijk om binnen enkele uren waarnemingen te doen die maanden geleden enkele maanden geleden zouden zijn geweest. Met mogelijkheden die tot tien keer productiever zijn dan concurrerende instrumenten, biedt VIMOS voor het eerst de mogelijkheid om een onbevooroordeelde telling van het verre heelal uit te voeren.
Gebruikmakend van de hoge efficiëntie van het VIMOS-instrument, begon het team van astronomen aan de VIMOS VLT Deep Survey (VVDS), die als doel heeft om in een geselecteerde plek aan de hemel de roodverschuiving van alle sterrenstelsels helderder dan magnitude 24 in het rood te meten, dat wil zeggen , sterrenstelsels die tot 16 miljoen zwakker zijn dan wat het blote oog kan zien.
In een totale steekproef van ongeveer 8000 sterrenstelsels die alleen waren geselecteerd op basis van hun waargenomen helderheid in rood licht, werden bijna 1.000 heldere en krachtig stervormende sterrenstelsels ontdekt in een tijdvak van 1.500 tot 4.500 miljoen jaar na de oerknal (roodverschuiving tussen 1,4 en 5) .
"Tot onze verbazing", zegt Olivier Le F? Vre, van het Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Frankrijk) en co-leider van het VVDS-project, "is dit twee tot zes keer hoger dan in eerdere werken was gevonden. Deze sterrenstelsels waren gemist omdat eerdere onderzoeken objecten veel restrictiever hadden uitgekozen dan wij. En dat deden ze om tegemoet te komen aan de veel lagere efficiëntie van de vorige generatie instrumenten. ”
Hoewel waarnemingen en modellen consistent hebben aangetoond dat het heelal in de eerste miljard jaar van de kosmische tijd nog niet veel sterren had gevormd, vraagt de ontdekking van de wetenschappers om een significante verandering in dit beeld.
Door de spectra van alle sterrenstelsels in een bepaald roodverschuivingsbereik (dat wil zeggen tot hetzelfde tijdperk) te combineren, konden de astronomen de hoeveelheid in deze sterrenstelsels gevormde sterren schatten. Ze ontdekken dat de sterrenstelsels in het jonge heelal in een jaar tussen de 10 en 100 keer de massa van onze zon veranderen in sterren.
"Deze ontdekking impliceert dat sterrenstelsels al vroeg in het leven van het heelal veel meer sterren vormden dan eerder werd gedacht", legt Gianpaolo Vettolani uit, de andere medeleider van het VVDS-project, werkzaam bij INAF-IRA in Bologna (Italië). "Deze waarnemingen vereisen een grondige herbeoordeling van onze theorieën over de vorming en evolutie van sterrenstelsels in een veranderend heelal."
Het is nu aan astronomen om uit te leggen hoe men zo'n grote populatie van sterrenstelsels kan creëren en meer sterren kan produceren dan eerder werd aangenomen, in een tijd dat het heelal ongeveer 10-20% van zijn huidige leeftijd had.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
