Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Extreem verre, maar volwassen sterrenstelsels ontdekt

Sommige sterrenstelsels in het jonge heelal zijn razendsnel gegroeid, zo blijkt uit waarnemingen van een internationaal team astronomen, onder wie Caroline Straatman en Ivo Labbé van de Leidse Sterrewacht. Ze zijn, op een recordafstand van 12 miljard lichtjaar, uit de periode dat het universum zelf nog maar 1,6 miljard jaar oud was. De resultaten zijn gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.

Het astronomisch veld UDS (UKIDDS Ultra Deep Survey), gebaseerd op infrarood licht van NASA’s Hubble Ruimtetelescoop met vier van de 15 vroegoude sterrenstelsels. Deze hebben een rode kleur, wat typisch is voor oude stelsels. De andere sterrenstelsels die zichtbaar zijn, bevinden zich veel dichter bij de aarde.

Onverwacht

‘Vandaag de dag is het universum oud en vol met dit soort sterrenstelsels, waarin nauwelijks meer nieuwe sterren worden gevormd’, zegt de Leidse promovenda en eerste auteur Caroline Straatman. ‘In het jonge heelal was dat wel anders. Veel stelsels bevonden zich toen in een fase waarin ze groeiden door uit gas veel sterren te vormen. We hadden dan ook niet verwacht zulke volwassen sterrenstelsels te vinden.’

Infrarood-waarnemingen

De astronomen hebben de stelsels gevonden door naar zeer diepe infrarood-waarnemingen te kijken en te zoeken naar stelsels met een karakteristieke rode kleur, die duidt op een oude populatie van sterren en een gebrek aan jonge sterren. Tot hun verrassing vonden ze 15 stelsels, met een gemiddelde afstand van 12 miljard lichtjaar (dat is slechts 1,6 miljard jaar na de oerknal). De stelsels zijn nauwelijks te zien in optisch licht, maar juist heel helder in het infrarood. Daaruit kan worden afgeleid dat ze ieder al gemiddeld 100 miljard sterren bevatten.

Evenveel massa als de Melkweg

Dat maakt dat ze ongeveer evenveel massa hebben als ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, maar in tegenstelling tot de Melkweg stopten deze stelsels al met het vormen van nieuwe sterren toen het heelal nog maar 12% van zijn huidige leeftijd had bereikt. In de Melkweg worden nog steeds jaarlijks een paar nieuwe sterren worden geboren. Bovendien zijn deze stelsels razendsnel ontstaan en groeiden de sterpopulaties explosief.

Nieuwe vragen

‘Dit roept veel nieuwe vragen op’, zegt teamleider dr. Ivo Labbé: ‘Hoe kan het bijvoorbeeld dat deze stelsels zich zo snel hebben gevormd? Andere stelsels met heel veel stervorming, die de snelle groei kunnen verklaren, zijn nog niet gevonden in het jonge heelal. Daardoor lijkt het of de gevonden oude stelsels uit het niets komen’. Het is voor de onderzoekers ook een raadsel welk proces ertoe kan hebben geleid dat de stelsels geen nieuwe sterren meer vormen.

40 nachten van waarnemingen

De sterrenstelsels werden gevonden na 40 nachten van waarnemingen met de Magellan Baade Telescoop in Chili. De data werden gecombineerd met die van Hubble’s Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey, en de Great Observatories Origins Deep Survey. Dankzij een speciale set van kleurenfilters, gevoelig voor infrarood licht, was het mogelijk om voor duizenden sterrenstelsels heel precies de afstand te berekenen, wat resulteerde in een soort 3D-overzicht van het vroege heelal.