Astronomen van de Universiteit van Texas in Austin hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om de zwakste sterrenstelsels te ontdekken die tot nu toe in het vroege heelal zijn waargenomen — 10 keer zwakker dan ooit eerder gezien. Deze sterrenstelsels zullen astronomen helpen om een ​​weinig begrepen, maar belangrijke periode in de kosmische geschiedenis. Hun nieuwe techniek helpt bij het onderzoeken van de tijd een miljard jaar na de oerknal, wanneer de vroege, donkere universum werd overspoeld met licht van de eerste sterrenstelsels.

Rachael Livermore en Steven Finkelstein van de UT Austin Astronomy Department, samen met Jennifer Lotz van het Space Telescope Science Institute, ging op zoek naar deze zwakke sterrenstelsels in beelden van de Hubble Space Telescope's Frontier Fields-enquête.

"Deze sterrenstelsels komen eigenlijk heel veel voor, "Zei Livermore. "Het geeft veel voldoening om ze te kunnen vinden."

Deze flauw, vroege sterrenstelsels gaven aanleiding tot het tijdperk van reïonisatie, toen de energetische straling die ze afgaven het gas tussen alle sterrenstelsels in het heelal bombardeerde. Hierdoor verloren de atomen in dit diffuse gas hun elektronen (dat wil zeggen, geïoniseerd worden).

Finkelstein legde uit waarom het vinden van deze zwakke sterrenstelsels zo belangrijk is. "We wisten van tevoren dat om ons idee van door sterrenstelsels aangedreven reïonisatie te laten werken, er moesten sterrenstelsels zijn die honderd keer zwakker waren dan we met Hubble konden zien, " hij zei, "en ze moesten echt zijn, heel gewoon." Dit was de reden waarom het Hubble Frontier Fields-programma werd gemaakt, hij zei.

Lotz leidt het Hubble Frontier Fields-project, een van de grootste van de telescoop tot nu toe. In het, Hubble fotografeerde verschillende grote clusters van sterrenstelsels. Deze werden geselecteerd om te profiteren van hun enorme massa die een nuttig optisch effect veroorzaakt, voorspeld door Albert Einstein. De immense zwaartekracht van een melkwegcluster buigt de ruimte, die het licht van verder weg gelegen sterrenstelsels daarachter vergroot terwijl dat licht naar de telescoop reist. Dus de melkwegcluster werkt als een vergrootglas, of een "zwaartekrachtlens, " waardoor astronomen die meer verre sterrenstelsels kunnen zien - degene die ze normaal niet zouden kunnen detecteren, zelfs met Hubble.

Zelfs dan, Hoewel, de van een lens voorziene sterrenstelsels bevonden zich nog net aan de vooravond van wat Hubble kon detecteren.

"De belangrijkste motivatie voor het Frontier Fields-project was om tijdens deze kritieke periode in de geschiedenis van het universum naar deze extreem zwakke sterrenstelsels te zoeken, "Zei Lotz. "Echter, de grootste moeilijkheid bij het gebruik van de Frontier Field-clusters als extra vergrootglas is het corrigeren van de verontreiniging door het licht van de clusterstelsels."

Livermore legt uit:"Het probleem is, je probeert deze heel vage dingen te vinden, maar je kijkt achter deze echt heldere dingen. De helderste sterrenstelsels in het heelal zijn in clusters, en die clusterstelsels blokkeren de achtergrondstelsels die we proberen te observeren. Dus wat ik deed, was een methode bedenken om de clusterstelsels uit de afbeeldingen te verwijderen.

Haar methode maakt gebruik van modellering om het licht van de voorgrondstelsels (de clusterstelsels) te identificeren en te scheiden van het licht afkomstig van de achtergrondstelsels (de meer afgelegen, lensstelsels).

Volgens Lotz, "Dit werk is uniek in zijn benadering om dit licht te verwijderen. Hierdoor hebben we meer en zwakkere sterrenstelsels kunnen detecteren dan in eerdere studies, en om het primaire doel van de Frontier Fields-enquête te bereiken."

Livermore en Finkelstein hebben de nieuwe methode gebruikt op twee van de clusters van sterrenstelsels in het Frontier Fields-project:Abell 2744 en MACS 0416. Hiermee konden ze zwakke sterrenstelsels identificeren die werden waargenomen toen het universum ongeveer een miljard jaar oud was, minder dan 10 procent van zijn huidige leeftijd - sterrenstelsels die 100 keer zwakker zijn dan die in het Hubble Ultra Deep Field, bijvoorbeeld, dat is het diepste beeld van de nachtelijke hemel dat tot nu toe is verkregen.

Hun waarnemingen toonden aan dat deze zwakke sterrenstelsels buitengewoon talrijk zijn, consistent met het idee dat grote aantallen extreem zwakke sterrenstelsels de belangrijkste krachtbron waren achter reïonisatie.

Er zijn nog vier Frontier Fields-clusters over, en het team is van plan ze allemaal te bestuderen met de methode van Livermore. In de toekomst, ze zei, ze zouden de James Webb Space Telescope willen gebruiken om nog zwakkere sterrenstelsels te bestuderen.

Het werk is gepubliceerd in een recent nummer van de Astrofysisch tijdschrift .