science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Samensmeltende sterrenstelsels spotten

Een Hubble-opname van een vermoedelijke samensmelting van sterrenstelsels op een afstand van ongeveer zevenhonderd miljoen lichtjaar. Zou het eigenlijk een enkelvoudig spiraalstelsel kunnen zijn? Een nieuw artikel stelt een algoritme voor om te beslissen. De methode is ontwikkeld met computertrainingstechnieken die zijn toegepast op een miljoen gesimuleerde beelden van samensmelting van sterrenstelsels. Krediet:NASA/Hubble; Kim et al. 2013

Meer dan 30 jaar geleden, de Infrared Astronomy Satellite ontdekte dat het universum veel extreem lichtgevende sterrenstelsels bevatte, sommige meer dan duizend keer helderder dan onze eigen Melkweg, maar die praktisch onzichtbaar zijn bij optische golflengten. Deze sterrenstelsels worden aangedreven door uitbarstingen van stervorming die diep begraven liggen in wolken van stof en gas. Het stof absorbeert het ultraviolette licht terwijl het uitstraalt op infrarode golflengten. In veel gevallen werd de hyperactiviteit veroorzaakt door een botsing tussen sterrenstelsels die de ineenstorting van interstellair gas tot nieuwe sterren vergemakkelijkte.

Botsingen tussen sterrenstelsels komen vaak voor. Inderdaad, de meeste sterrenstelsels zijn waarschijnlijk tijdens hun leven betrokken geweest bij een of meer ontmoetingen, waardoor deze interacties een belangrijke fase vormen in de evolutie van sterrenstelsels en de vorming van sterren in het universum. De melkweg, bijvoorbeeld, is door de zwaartekracht gebonden aan het Andromeda-sterrenstelsel en nadert het met een snelheid van ongeveer 50 kilometer per seconde; we zullen elkaar naar verwachting over nog eens een miljard jaar ontmoeten. In het plaatselijk universum is momenteel ongeveer vijf procent van de sterrenstelsels in een fusie, en samensmeltingen kunnen meestal gemakkelijk worden geïdentificeerd door de zichtbare morfologische vervormingen die ze veroorzaken, zoals getijdenstaarten die uit de galactische schijven vegen.

Niet alle infrarode lichtgevende sterrenstelsels vertonen dergelijke vervormingen, echter, en de kwestie van het identificeren (en classificeren) van fusies wordt vooral problematisch voor studies van eerdere kosmische tijdperken toen de stervormingssnelheden veel hoger waren dan vandaag, en toen de fusiesnelheid van sterrenstelsels ook hoger was. (Bovendien, dergelijke systemen worden bij voorkeur ontdekt in onderzoeken naar diepe sterrenstelsels, juist omdat ze zo lichtgevend zijn.) Maar sterrenstelsels in de verre kosmos zijn te ver verwijderd om ruimtelijke kenmerken zoals getijdenarmen te detecteren (tenminste met de huidige telescopen). Het is mogelijk dat andere processen dan door fusie veroorzaakte stervorming sommige van deze heldere sterrenstelsels verlichten, bijvoorbeeld aangroeiende superzware zwarte gaten kunnen grote hoeveelheden ultraviolette straling uitzenden. Vanwege dergelijke gevallen schattingen van stervorming in het vroege heelal op basis van alleen helderheidsmetingen kunnen onjuist zijn.

CfA-astronoom Lars Hernquist is een pionier in de ontwikkeling van computersimulaties van samensmeltende sterrenstelsels. Enkele jaren geleden produceerde hij en een team van collega's een enorme nieuwe simulatie van de vorming en evolutie van sterrenstelsels in het universum, Illustris genoemd. In een nieuw artikel op basis van door Ilustris gesimuleerde afbeeldingen van fusiesterrenstelsels, de astronomen presenteren een manier om te helpen identificeren wanneer afgebeelde systemen fusies zijn. Ze creëerden ongeveer een miljoen synthetische Hubble- en James Webb Space Telescope-afbeeldingen van hun gesimuleerde fusies, en zocht toen naar gemeenschappelijke morfologische indicatoren van samenvoeging. Ze ontwikkelden een algoritme dat met succes fusies identificeerde op een volledigheidsniveau van ongeveer zeventig procent tot afstanden van maar liefst vijfentachtig miljard lichtjaar (de huidige afstandswaarde), overeenkomend met licht daterend uit het tijdperk ongeveer 2 miljard jaar na de oerknal. Resultaten van het algoritme gaven aan dat ruimtelijke kenmerken geassocieerd met sterke centrale concentraties (of uitstulpingen) het belangrijkst waren voor het selecteren van eerdere fusies, terwijl dubbele kernen en asymmetrieën het belangrijkst waren voor het selecteren van toekomstige fusies (dat wil zeggen, ergens in de komende 250 miljoen jaar). Het nieuwe algoritme zal bijzonder waardevol zijn wanneer het wordt toegepast op toekomstige Webb-afbeeldingen van zeer verre fusies.