science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Sterren vormen in het vroege heelal

Een Hubble-afbeelding van een veld van verre sterrenstelsels. Een nieuwe studie van het gasgehalte in sterrenstelsels die zo ver weg zijn dat hun licht al zo'n tien miljard jaar reist, suggereert dat de processen die gas in sterren omzetten, toen ongeveer hetzelfde waren als in het plaatselijk universum. Krediet:NASA, ESA, G. Illingworth (UCO/Lick &UCSC), R. Bouwens (UCO/Lick &Leiden U.), en het HUDF09-team

De eerste sterren verschenen ongeveer honderd miljoen jaar na de oerknal, en sindsdien hebben sterren en stervormingsprocessen de kosmos verlicht. Toen het heelal ongeveer drie miljard jaar oud was, stervormingsactiviteit piekte met snelheden die ongeveer tien keer hoger waren dan het huidige niveau. Waarom dit gebeurde, en of de fysieke processen van toen anders waren dan die van nu of juist actiever waren (en waarom), behoren tot de meest prangende vragen in de astronomie. Omdat sterren van gas zijn gemaakt, het gasgehalte van sterrenstelsels is een maat voor hun stervormingspotentieel en (althans in het lokale universum) de fractie van materie in de vorm van gas, de "gasfractie", is een maat voor het stervormingsvermogen.

Gas in sterrenstelsels raakt uitgeput als nieuwe sterren worden gevormd en omdat een deel ervan door supernova's of winden uit het systeem wordt geblazen; gas kan ook worden toegevoegd door inval vanuit het intergalactische medium. Deze processen worden ruwweg begrepen in het lokale universum, vooral omdat de sterrenstelsels helder en dichtbij genoeg zijn om in detail te worden bestudeerd. Voor sterrenstelsels in het toptijdperk van stervorming, de evolutie van de gasfractie is veel minder beperkt. Het meten van het gasgehalte wordt vaak gedaan met waarnemingen van koolmonoxide, een overvloedig gasmolecuul, maar in het vroege heelal is het moeilijk om te doen omdat de afstanden de lijnen doen vervagen, terwijl de kosmische roodverschuiving de gebruikelijke diagnostische overgangen naar golflengten duwt die de huidige faciliteiten te boven gaan.

Francesca Civano en een team van haar collega's gebruikten de grote ALMA-millimeterfaciliteit om de gasfracties te bestuderen in een reeks van vijfenveertig massieve sterrenstelsels in het kosmische tijdperk van de hoogste stervorming. Hoewel de diagnostische emissielijnen van het gas te zwak waren om te bestuderen, het team gebruikte het sterke stofcontinuüm als een proxy, met het argument van andere resultaten dat de verhouding van gas tot stof redelijk goed werd begrepen. De gasfracties voor deze reeks sterrenstelsels bleken vrij gelijkaardig te zijn aan de waarden in andere massieve sterrenstelsels, wat enigszins een verrassing was omdat er enkele evolutionaire trends in de gasfractie waren verwacht. Hun andere belangrijke resultaat is dat de relatie tussen de gasfractie en stervormingsactiviteit goed overeenkomt met de huidige modellen en, volgens de wetenschappers houdt in dat één enkel stervormingsvoorschrift van toepassing is vanaf het plaatselijk universum tot ten minste zo vroeg als het piektijdperk ongeveer drie miljard jaar geleden.