Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Supertelescoop ALMA verkent het vroege heelal

Nieuw gemaakte diepe en zeer scherpe beelden van het vroege heelal laten zien dat er een sterk verband bestaat tussen het stervormingstempo in jonge sterrenstelsels en hun totale massa aan sterren. Leidse wetenschappers werkten mee aan het onderzoek.

De astronomen gebruikten opnamen gemaakt met de nieuwe ALMA-supertelescoop in Chili van een verre uithoek van het heelal: het Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Die tonen voor het eerst ook de hoeveelheden sterrenvormend gas op verschillende momenten in de kosmische geschiedenis. Dat levert nieuwe inzichten op over het ‘gouden tijdperk’ van de vorming van sterrenstelsels, ongeveer tien miljard jaar geleden.

Leidse bijdrage

De resultaten worden gepubliceerd in een reeks artikelen in de Astrophysical Journal en de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. De Leidse wetenschappers Paul van der Werf, Rychard Bouwens, Jacqueline Hodge en Ivo Labbé waren verantwoordelijk voor een van deze artikelen. In dit artikel bekeken ze mogelijke stofomhulde stervorming in een bepaald gedeelte van het HUDF. Daarnaast schreven de Leidse onderzoekers mee aan een groot deel van de andere publicaties.  

Hubble Ultra Deep Field

In 2004 werden de Hubble Ultra Deep Field-opnamen gepubliceerd – baanbrekende diepe waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop. Deze spectaculaire foto’s reikten tot verder in het heelal dan ooit tevoren en toonden een menagerie van sterrenstelsels die terugging tot minder dan een miljard jaar na de oerknal. Het gebied werd verscheidene keren waargenomen met de Hubble en vele andere telescopen, wat heeft geresulteerd in de diepste blik in het heelal tot nu toe.

Saai venster op ver heelal

Met behulp van ALMA hebben astronomen dit ogenschijnlijk saaie, maar goed onderzochte venster op het verre heelal voor het eerst zowel diep als scherp op millimetergolflengten verkend. Tot nu toe heeft ALMA het HUDF alles bij elkaar ongeveer vijftig uur waargenomen. Nog nooit eerder heeft deze internationale astronomische faciliteit zo lang naar één stukje hemel gekeken.

Gloed van gaswolken

Hierdoor zagen de astronomen voor het eerst de zwakke gloed van gaswolken en de emissie van warm stof in sterrenstelsels in het vroege heelal. Dat maakte het mogelijk om de stelsels die zij detecteerden één op één te vergelijken met objecten die al met Hubble en andere astronomische faciliteiten waren waargenomen. Het onderzoek laat zien dat de stellaire massa van een sterrenstelsel de beste voorspeller van het stervormingstempo in het verre heelal is. De astronomen hebben in wezen alle zware stelsels gedetecteerd, en verder bijna niets.

Nog diepere blik

Een ander team heeft ongeveer een zesde van het complete HUDF aan een nog diepere blik onderworpen. De onderzoekers hielden naar eigen zeggen een volledig blinde, driedimensionale zoektocht naar koel gas in het vroege heelal. ‘Op die manier hebben we een populatie van sterrenstelsels ontdekt die bij andere diepe hemelsurveys niet duidelijk is opgevallen’, concluderen ze.

Koolstofmonoxide detecteren

Sommige van de nieuwe ALMA-waarnemingen waren toegespitst op de detectie van sterrenstelsels die rijk zijn aan koolstofmonoxide, wat kenmerkend is voor gebieden die op het punt staan sterren te gaan vormen. Hoewel deze moleculaire gasvoorraden tot stervormingsactiviteit leiden, zijn ze met Hubble vaak heel moeilijk te zien. ALMA kan dit ontbrekende element in het evolutieproces van sterrenstelsels zichtbaar maken.

Verder terug in de tijd

De nieuwe ALMA-resultaten wijzen erop dat sterrenstelsels snel meer gas bevatten naarmate verder wordt teruggekeken in de tijd. Deze toenemende gasinhoud ligt waarschijnlijk ten grondslag aan de opmerkelijk toename van het stervormingstempo rond de tijd dat de vorming van sterrenstelsels ongeveer 10 miljard jaar geleden haar hoogtepunt bereikte.

Leidse publicatie

R. Bouwens et al. (2016). ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: The Infrared Excess of UV-selected z= 2-10 galaxies as a function of UV-continuum Slope and Stellar Mass. Astrophysical Journal