Een internationaal team van astronomen, met onderzoekers van de Leidse Sterrewacht in de hoofdrol, heeft de brandstof voor de vorming van sterrenstelsels in het iconische Hubble Ultra Deep Field in kaart gebracht. De resultaten van het onderzoek zijn geaccepteerd voor publicatie in Het astrofysische tijdschrift .

Het onderzoek laat zien hoe sterrenstelsels zijn ontstaan ​​en hoe ze groeien. Het laat ook zien waarom de periode tussen 10 en 13 miljard jaar geleden de gouden eeuw was voor de vorming van sterrenstelsels.

De astronomen werkten samen in het kader van het ASPECS-programma. ASPECS is een van de eerste grote internationale projecten die met de ALMA-telescoop zijn uitgevoerd. Vier Leidse onderzoekers speelden een belangrijke rol in het project. De onderzoekers combineerden 200 uur observaties van de ALMA-telescoop in Chili met spectroscopie van het MUSE-instrument op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory, ESO (ook in Chili).

Eerdere studies hebben aangetoond dat de vorming van sterren en sterrenstelsels zo'n 10 miljard jaar geleden een hoogtepunt bereikte. Maar de oorzaak en de omvang van die geboortegolf zijn tot nu toe een mysterie gebleven. Dit kwam doordat de gebruikte telescopen niet in staat waren door het stof heen te kijken en de brandstof voor stervorming direct te detecteren. Maar de ALMA-telescoop kan precies dat.

Grondstof voor sterren

De astronomen zochten naar de koolmonoxide-emissielijn in het Hubble Ultra Deep Field. Van dit, ze waren in staat om de hoeveelheid moleculaire waterstof af te leiden, de grondstof voor stervorming. Om hun gevolgtrekkingen zo nauwkeurig mogelijk te maken, ze moesten het aantal zware elementen in het gas weten, de dichtheid en temperatuur, en de sterkte van het stralingsveld dat op de koolmonoxide schijnt. De Leidse Ph.D. kandidaat Leindert Boogaard voerde deze taak uit met behulp van het MUSE-instrument.

Boogaard zegt, "Door waarnemingen van het koude gas te combineren met die van warm gas en sterrenlicht, krijgen we een uniek beeld van de verre sterrenstelsels. Door deze vele puzzelstukjes te combineren, we zijn in staat om het hele proces van de groei en vorming van sterrenstelsels te begrijpen."

De sterrenstelsels in het Hubble Ultra Deep Field met de meeste brandstof bleken voornamelijk normale sterrenstelsels te zijn. met gemiddelde stermassa's en stervormingssnelheden. Andere sterrenstelsels zijn zogenaamde starburst-sterrenstelsels, met ongewoon hoge stervormingsactiviteit, of stille sterrenstelsels, met een ongewoon lage activiteit.

Gouden Eeuw

Uit het onderzoek blijkt dat de hoeveelheid moleculaire waterstof in het heelal gestaag toenam tot ongeveer 10 miljard jaar geleden, versus 13,8 miljard jaar geleden, de tijd van de oerknal. Astronoom Rychard Bouwens zegt:"Dus dat was de gouden eeuw van stervorming, met veel grondstoffen die nodig zijn om nieuwe sterren en sterrenstelsels te vormen. De helft van de sterren die nu nog bestaan, zijn geboren tijdens die korte periode van de kosmische geschiedenis."

In de toekomst, astronomen willen de afzonderlijke sterrenstelsels nader bekijken. Zo'n gedetailleerd beeld wordt mogelijk door gebruik te maken van de hoge-resolutiemodus van de ALMA-telescopen in combinatie met waarnemingen van de toekomstige James Webb Space Telescope.

De resultaten worden beschreven in verschillende artikelen die zijn geaccepteerd voor publicatie in de Astrofysisch tijdschrift .