In ons 13,8 miljard jaar oude universum, de meeste sterrenstelsels, zoals onze Melkweg, ontstaan ​​geleidelijk, relatief laat hun grote massa bereiken. Maar een nieuwe ontdekking gedaan met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) van een enorm roterend schijfstelsel, gezien toen het universum nog maar tien procent van zijn huidige leeftijd had, daagt de traditionele modellen van melkwegvorming uit. Dit onderzoek verschijnt op 20 mei 2020 in het tijdschrift Natuur .

Melkweg DLA0817g, bijgenaamd de Wolfe Disk naar wijlen astronoom Arthur M. Wolfe, is het verst verwijderde sterrenstelsel met roterende schijf dat ooit is waargenomen. De ongeëvenaarde kracht van ALMA maakte het mogelijk om dit sterrenstelsel met een snelheid van 170 mijl (272 kilometer) per seconde te zien draaien. vergelijkbaar met onze Melkweg.

"Terwijl eerdere studies wezen op het bestaan ​​van deze vroege roterende gasrijke schijfstelsels, dankzij ALMA hebben we nu ondubbelzinnig bewijs dat ze al 1,5 miljard jaar na de oerknal voorkomen, " zei hoofdauteur Marcel Neeleman van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg, Duitsland.

Hoe is de Wolfe-schijf gevormd?

De ontdekking van de Wolfe-schijf vormt een uitdaging voor veel simulaties van de vorming van sterrenstelsels, die voorspellen dat massieve sterrenstelsels op dit punt in de evolutie van de kosmos groeiden door vele samensmeltingen van kleinere sterrenstelsels en hete gasmassa's.

"De meeste sterrenstelsels die we vroeg in het universum vinden, zien eruit als treinwrakken omdat ze een consistente en vaak 'gewelddadige' samensmelting hebben ondergaan, ", legt Neeleman uit. "Deze hete fusies maken het moeilijk om goed geordende, koud roterende schijven zoals we die in ons huidige universum waarnemen."

In de meeste scenario's voor de vorming van sterrenstelsels, sterrenstelsels beginnen pas ongeveer 6 miljard jaar na de oerknal een goed gevormde schijf te vertonen. Het feit dat de astronomen zo'n schijfstelsel vonden toen het heelal nog maar tien procent van zijn huidige leeftijd had, geeft aan dat andere groeiprocessen moeten hebben gedomineerd.

"We denken dat de Wolfe-schijf voornamelijk is gegroeid door de gestage aanwas van koud gas, " zei J. Xavier Prochaska, van de Universiteit van Californië, Santa Cruz en co-auteur van het papier. "Nog altijd, een van de vragen die overblijft, is hoe je zo'n grote gasmassa samenstelt met behoud van een relatief stabiele, roterende schijf."

stervorming

Het team gebruikte ook de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) van de National Science Foundation en de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA om meer te weten te komen over stervorming in de Wolfe-schijf. In radiogolflengten, ALMA keek naar de bewegingen van het sterrenstelsel en de massa van atomair gas en stof, terwijl de VLA de hoeveelheid moleculaire massa mat, de brandstof voor stervorming. Bij UV-licht, Hubble observeerde massieve sterren. "De stervormingssnelheid in de Wolfe Disk is minstens tien keer hoger dan in onze eigen melkweg, " legde Prochaska uit. "Het moet een van de meest productieve schijfstelsels in het vroege heelal zijn."

Een 'normaal' sterrenstelsel

De Wolfe Disk werd voor het eerst ontdekt door ALMA in 2017. Neeleman en zijn team vonden het sterrenstelsel toen ze het licht van een verder weg gelegen quasar onderzochten. Het licht van de quasar werd geabsorbeerd toen het door een enorm reservoir van waterstofgas rond de melkweg ging - en zo onthulde het zichzelf. In plaats van te zoeken naar direct licht van extreem helder, maar meer zeldzame sterrenstelsels, astronomen gebruikten deze 'absorptie'-methode om zwakkere, en meer 'normale' sterrenstelsels in het vroege heelal.

"Het feit dat we de Wolfe Disk met deze methode hebben gevonden, vertelt ons dat het behoort tot de normale populatie van sterrenstelsels die in vroege tijden aanwezig waren, " zei Neeleman. "Toen onze nieuwste waarnemingen met ALMA verrassend lieten zien dat het roteert, we realiseerden ons dat vroege sterrenstelsels met roterende schijven niet zo zeldzaam zijn als we dachten en dat er veel meer van zouden moeten zijn."

"Deze observatie belichaamt hoe ons begrip van het universum wordt verbeterd met de geavanceerde gevoeligheid die ALMA brengt voor radioastronomie, " zei Joe Pesce, programmadirecteur astronomie bij de National Science Foundation, die de telescoop financiert. "ALMA stelt ons in staat om nieuwe, onverwachte bevindingen bij bijna elke waarneming."