Iedereen heeft een verhaal, zelfs onze eigen Melkweg. En net als sociale media, het beeld is niet altijd zo mooi als het lijkt op het huidige oppervlak, zegt de astronoom Casey Papovich van de Texas A&M University.

Papovich merkt op dat grote schijfsterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg niet altijd de goed geordende, pinwheel-achtig, spiraalstructuren die we tegenwoordig in het universum zien. Integendeel, hij en andere internationale experts die gespecialiseerd zijn in de vorming en evolutie van sterrenstelsels geloven dat ongeveer 8 tot 10 miljard jaar geleden, voorlopers van de Melkweg en soortgelijke schijf-/spiraalstelsels waren kleiner en minder georganiseerd, maar zeer actief in hun jeugd.

In eerder door NASA en National Science Foundation gefinancierd onderzoek, Papovich en zijn medewerkers toonden aan dat deze jongere versies van dergelijke sterrenstelsels sneller nieuwe sterren voortbrachten dan op enig ander punt in hun levensduur, wat suggereert dat ze verbazingwekkend rijk moeten zijn aan stervormend materiaal. En nu, ze hebben overtuigend bewijs - het galactische equivalent van een rokend pistool.

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) van het National Radio Astronomy Observatory — een enorme, zeer geavanceerde radiotelescooparray op 16, 500 voet hoogte in de hoge woestijn van Chili - een door Papovich geleid team van astronomen bestudeerde vier zeer jonge versies van sterrenstelsels zoals de Melkweg, die zich op een afstand van 9 miljard lichtjaar bevinden, wat betekent dat het team ze kon zien zoals ze er ongeveer 9 miljard jaar geleden uitzagen. Ze ontdekten dat elk sterrenstelsel ongelooflijk rijk was aan koolmonoxide - een bekende tracer van moleculair gas, dat is de brandstof voor stervorming.

De bevindingen van het team worden gerapporteerd in een paper die op arXiv is geplaatst en zal worden gepubliceerd in het eerste nummer van Natuurastronomie in januari.

"We gebruikten ALMA om adolescente versies van de Melkweg te detecteren en ontdekten dat dergelijke sterrenstelsels inderdaad veel grotere hoeveelheden moleculair gas bevatten. die de snelle stervorming zou voeden, " zei Papovich, hoofdauteur van de krant en lid van het George P. en Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy. "Ik vergelijk deze sterrenstelsels met een adolescente mens die tijdens zijn tienerjaren enorme hoeveelheden voedsel consumeert om zijn eigen groei te voeden."

Naast Papovich, het onderzoeksteam omvat ook collega-Texas A&M-astronomen Ryan Quadri en Kim-Vy Tran, evenals astronomen van de Leidse Sterrewacht in Nederland, Swinburne University en Macquarie University in Australië, het National Optical Astronomy Observatory (NOAO), de Universiteit van Texas in Austin, Lyon Observatory in Frankrijk en het Max Plank Institute for Astronomy in Duitsland.

Hoewel de relatieve hoeveelheid stervormend gas in deze sterrenstelsels extreem is, Papovich zegt dat ze nog niet volledig zijn gevormd en vrij klein in vergelijking met de Melkweg zoals we die vandaag zien. De nieuwe ALMA-gegevens geven aan dat de overgrote meerderheid van de massa in deze sterrenstelsels zich in koud moleculair gas bevindt in plaats van in sterren - een situatie die volgens Papovich momenteel omgekeerd is in onze Melkweg, waar de massa in sterren met een factor 10 tot 1 groter is dan die in gas. Deze waarnemingen, hij merkt op, helpen een compleet beeld te krijgen van hoe de materie in sterrenstelsels ter grootte van de Melkweg is geëvolueerd en hoe ons eigen sterrenstelsel is gevormd.

"De meeste sterren bestaan ​​tegenwoordig in sterrenstelsels zoals de Melkweg, dus door te bestuderen hoe sterrenstelsels zoals de onze zijn gevormd, we zijn de meest typische locaties van sterren in het heelal gaan begrijpen, " zei Papovich, een lid sinds 2008 van de Texas A&M Department of Physics and Astronomy, waar hij mede-houder is van de Marsha L. '69 en Ralph F. Schilling '68 Chair in Experimental Physics. "Ons huidige onderzoek toont aan dat melkwegstelsels het grootste deel van hun gas lijken te accumuleren tijdens hun eerste paar miljard jaar geschiedenis. In dat stadium, ze hebben de meeste brandstof die ze nodig hebben om de sterren te produceren die ze momenteel in het heden omvatten."

De aanwezigheid van uitgebreide gasreservoirs ondersteunt de eerdere waarnemingen van het team die de eerste tastbare foto's opleverden die het ongekende levensverhaal van de evolutie van de Melkweg laten zien. Onder andere details, hun eerdere onderzoek onthulde een stellair geboortecijfer dat 30 keer hoger is dan in de Melkweg vandaag - ongeveer één per jaar, vergeleken met ongeveer 30 per jaar 9,5 miljard jaar geleden.

"Dankzij ALMA en andere innovatieve instrumenten waarmee we 9 miljard jaar in het verleden kunnen kijken om sterrenstelsels te analyseren die waarschijnlijk lijken op de voorloper van ons eigen Melkwegstelsel, we kunnen echt bewijzen wat onze waarnemingen laten zien, ' zei Papovich.

Papovich en zijn team hebben onlangs met ALMA meer tijd gekregen om de temperatuur en dichtheid van het stervormende gas te bestuderen. waardoor ze de overgangen en fasen en idealiter de gerelateerde effecten binnen de sterrenstelsels kunnen meten en in kaart brengen.

"Dit zal ons beginnen te vertellen hoe deze sterrenstelsels in zo'n snel tempo sterren vormden, vergeleken met de huidige omstandigheden, " hij zei.

papovich, Quadri en Tran behoren tot ongeveer twee dozijn astronomen over de hele wereld die jarenlang zorgvuldig geselecteerde verre sterrenstelsels hebben bestudeerd die qua massa vergelijkbaar zijn met de voorloper van onze eigen Melkweg, die werden gevonden in twee deep-sky-programma-onderzoeken van het universum, de Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) en de FourStar Galaxy Evolution Survey (ZFOURGE). Voorbij ALMA, het onderzoek van het team heeft gebruik gemaakt van observaties van NASA's Hubble en Spitzer Space Telescopes en het Herschel Space Observatory van de European Space Agency. De Hubble-afbeeldingen van de CANDELS-enquête leverden ook structurele informatie op over de grootte van sterrenstelsels en hoe ze evolueerden. Waarnemingen met ver-infraroodlicht van Spitzer en Herschel hielpen de astronomen de stervormingssnelheid te traceren.

De krant van het team, Grote moleculaire gasreservoirs in voorouders van melkwegstelsels 9 miljard jaar geleden, kunnen online worden bekeken, samen met gerelateerde afbeeldingen en bijschriften.