Vroege massieve sterrenstelsels - die zich in de 3 miljard jaar na de oerknal hebben gevormd - zouden grote hoeveelheden koud waterstofgas moeten bevatten, de brandstof die nodig is om sterren te maken. Maar wetenschappers die het vroege heelal observeren met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en de Hubble Space Telescope hebben iets vreemds opgemerkt:een half dozijn vroege massieve sterrenstelsels die zonder brandstof kwamen te zitten. De resultaten van het onderzoek worden vandaag gepubliceerd in Natuur .

De zes sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving die voor observatie uit het REQUIEM-onderzoek werden geselecteerd, staan ​​bekend als "uitgebluste" sterrenstelsels - of sterrenstelsels die de stervorming hebben stopgezet - en komen niet overeen met wat astronomen van het vroege heelal verwachten.

"De meest massieve sterrenstelsels in het universum leefden snel en woedend, het creëren van hun sterren in een opmerkelijk korte tijd. Gas, de brandstof voor stervorming, overvloedig zou moeten zijn in deze vroege tijden in het universum, " zei Kate Whitaker, hoofdauteur van het onderzoek, en assistent-professor astronomie aan de Universiteit van Massachusetts, Amherst. "We geloofden oorspronkelijk dat deze uitgedoofde sterrenstelsels slechts een paar miljard jaar na de oerknal op de rem stonden. In ons nieuwe onderzoek, we hebben geconcludeerd dat vroege sterrenstelsels niet echt remmen, maar liever, ze liepen leeg."

Om beter te begrijpen hoe de sterrenstelsels zich vormden en stierven, het team observeerde ze met behulp van Hubble, die details onthulde over de sterren die zich in de sterrenstelsels bevinden. Gelijktijdige waarnemingen met ALMA onthulden de continue emissie van sterrenstelsels - een stofspoor - op millimetergolflengten, waardoor het team de hoeveelheid gas in de sterrenstelsels kan afleiden. Het gebruik van de twee telescopen is door een zorgvuldig ontwerp, aangezien het doel van REQUIEM is om sterke zwaartekrachtlenzen te gebruiken als een natuurlijke telescoop om slapende sterrenstelsels met een hogere ruimtelijke resolutie te observeren. Dit, beurtelings, geeft wetenschappers een duidelijk beeld van het interne reilen en zeilen van sterrenstelsels, een taak die vaak onmogelijk is met degenen die leeg lopen.

"Als een melkwegstelsel niet veel nieuwe sterren maakt, wordt het heel snel heel zwak, dus het is moeilijk of onmogelijk om ze in detail te observeren met een individuele telescoop. REQUIEM lost dit op door sterrenstelsels te bestuderen die door de zwaartekracht van lenzen zijn voorzien, wat betekent dat hun licht wordt uitgerekt en vergroot als het buigt en kromtrekt rond andere sterrenstelsels die veel dichter bij de Melkweg staan, " zei Justin Spilker, een co-auteur van de nieuwe studie, en een postdoctoraal onderzoeker van NASA Hubble aan de Universiteit van Texas in Austin. "Op deze manier, zwaartekracht lensing, gecombineerd met het oplossend vermogen en de gevoeligheid van Hubble en ALMA, fungeert als een natuurlijke telescoop en laat deze stervende sterrenstelsels groter en helderder lijken dan ze in werkelijkheid zijn, zodat we kunnen zien wat er aan de hand is en wat niet."

De nieuwe waarnemingen toonden aan dat de stopzetting van de stervorming in de zes doelstelsels niet werd veroorzaakt door een plotselinge inefficiëntie in de omzetting van koud gas in sterren. In plaats daarvan, het was het resultaat van de uitputting of verwijdering van de gasreservoirs in de sterrenstelsels. "We begrijpen nog niet waarom dit gebeurt, maar mogelijke verklaringen kunnen zijn dat ofwel de primaire gastoevoer die de melkweg van brandstof voorziet, is afgesneden, of misschien injecteert een superzwaar zwart gat energie die het gas in de melkweg heet houdt, " zei Christina Williams, een astronoom aan de Universiteit van Arizona en co-auteur van het onderzoek. "Eigenlijk, dit betekent dat de sterrenstelsels de brandstoftank niet kunnen bijvullen, en daarom, niet in staat om de motor opnieuw te starten op sterproductie."

De studie vertegenwoordigt ook een aantal belangrijke primeurs bij het meten van vroege massieve sterrenstelsels, het synthetiseren van informatie die de komende jaren als leidraad zal dienen voor toekomstige studies van het vroege heelal. "Dit zijn de eerste metingen van het koude stofcontinuüm van verre slapende sterrenstelsels, En in feite, de eerste metingen van dit soort buiten het plaatselijk heelal, " zei Whitaker, eraan toevoegend dat de nieuwe studie wetenschappers in staat heeft gesteld om te zien hoeveel gas individuele dode sterrenstelsels hebben. "We waren in staat om de brandstof voor stervorming in deze vroege massieve sterrenstelsels diep genoeg te onderzoeken om de eerste metingen van de gastankmeting te doen, wat ons een kritisch ontbrekend gezichtspunt geeft van de koude gaseigenschappen van deze sterrenstelsels."

Hoewel het team nu weet dat deze sterrenstelsels leeg blijven lopen en dat iets hen ervan weerhoudt de tank opnieuw te vullen en nieuwe sterren te vormen, de studie is slechts de eerste in een reeks onderzoeken naar wat vroege massieve sterrenstelsels deed gaan, of niet. "We moeten nog zoveel leren over waarom de meest massieve sterrenstelsels zo vroeg in het universum zijn gevormd en waarom ze hun stervorming hebben stopgezet toen er zoveel koud gas voor hen beschikbaar was, "zei Whitaker. "Het enkele feit dat deze enorme beesten van de kosmos binnen ongeveer een miljard jaar 100 miljard sterren hebben gevormd en vervolgens hun stervorming plotseling stopzetten, is een mysterie dat we allemaal graag zouden oplossen, en REQUIEM heeft de eerste aanwijzing gegeven."