Een enorme massa gloeiend sterrenstof in een sterrenstelsel, gezien kort na de vorming van het heelal, is gedetecteerd door een team van astronomen onder leiding van de UCL. nieuwe inzichten verschaffen in de geboorte en explosieve sterfgevallen van de allereerste sterren.

Het sterrenstelsel is het verste object dat ooit is waargenomen door de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en werd gezien toen het heelal slechts vier procent van zijn huidige leeftijd had. op ongeveer 600 miljoen jaar oud, toen de eerste sterren en sterrenstelsels zich vormden. Het is ook het verste sterrenstelsel waarin stof en zuurstof zijn gedetecteerd.

De studie, gefinancierd door de European Research Council en vandaag gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven , waargenomen A2744_YD4, het jongste en meest afgelegen sterrenstelsel dat ooit met ALMA is gezien.

Het team, onder leiding van Dr. Nicolas Laporte (UCL Natuur- en Sterrenkunde), was verrast om te ontdekken dat dit jeugdige sterrenstelsel, waarvan de enorme afstand werd bevestigd met het X-Shooter-instrument van ESO's Very Large Telescope, bevatte een overvloed aan interstellair stof gevormd door de dood van een eerdere generatie sterren.

Studieleider, Dokter Nicolas Laporte, zei:"Niet alleen is A2744_YD4 het verste sterrenstelsel dat ooit door ALMA is waargenomen, maar de detectie van zoveel stof geeft aan dat vroege supernova's dit sterrenstelsel al hebben vervuild."

Kosmisch stof bestaat voornamelijk uit silicium, koolstof en aluminium, in korrels zo klein als een miljoenste centimeter. De chemische elementen in deze korrels worden in sterren gesmeed en worden verspreid over de kosmos wanneer de sterren sterven, het meest spectaculair bij supernova-explosies, het uiteindelijke lot van korte duur, massieve sterren.

Vandaag, dit stof is overvloedig aanwezig en is een belangrijke bouwsteen bij de vorming van sterren, planeten en complexe moleculen; maar in het vroege heelal, voordat de eerste generaties sterren uitstierven, het was schaars.

De waarnemingen van het stoffige sterrenstelsel A2744_YD4 werden mogelijk gemaakt omdat dit sterrenstelsel achter een enorm sterrenstelsel ligt, genaamd Abell 2744. Een fenomeen dat zwaartekrachtlens wordt genoemd, zorgt ervoor dat het cluster zich gedraagt ​​als een gigantische kosmische 'telescoop'. de verder weg gelegen A2744_YD4 met ongeveer 1,8 keer vergroten, waardoor het team ver terug kan kijken in het vroege heelal.

De ALMA-waarnemingen detecteerden ook de gloeiende emissie van geïoniseerde zuurstof van A2744_YD4. Dit is het verste, en dus vroegste, detectie van zuurstof in het heelal.

"De Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen gaven ons belangrijke informatie over de afstand van A2744_YD4, maar het is alleen dankzij krachtige instrumenten zoals X-Shooter en ALMA dat we de aard van dit verre stoffige sterrenstelsel kunnen bevestigen, " voegde Guido Roberts-Borsani (UCL Natuur- en Sterrenkunde) toe, PhD-student en co-auteur van de studie.

De detectie van stof in het vroege heelal levert nieuwe informatie op over wanneer de eerste supernova's explodeerden en dus de tijd waarop de eerste hete sterren het heelal in licht baadden. Het bepalen van de timing van deze 'kosmische dageraad' is een van de heilige gralen van de moderne astronomie, en het kan indirect worden onderzocht door de studie van vroeg interstellair stof.

Het team schat dat A2744_YD4 een hoeveelheid stof bevatte die overeenkomt met 6 miljoen keer de massa van onze zon, terwijl de totale stellaire massa van de melkweg - de massa van al zijn sterren - twee miljard keer de massa van onze zon was. Het team heeft ook de snelheid van stervorming gemeten in A2744_YD4 en ontdekte dat sterren zich vormen met een snelheid van 20 zonsmassa's per jaar, vergeleken met slechts één zonnemassa per jaar in de Melkweg.

"Deze snelheid is niet ongebruikelijk voor zo'n ver sterrenstelsel, maar het werpt wel licht op hoe snel het stof in A2744_YD4 werd gevormd, " verklaarde professor Richard Ellis (ESO en UCL Physics &Astronomy), een co-auteur van de studie. "Opmerkelijk, de benodigde tijd is slechts ongeveer 200 miljoen jaar, dus we zijn getuige van dit sterrenstelsel kort na zijn vorming."

Dit betekent dat significante stervorming ongeveer 200 miljoen jaar vóór het tijdperk begon waarin de melkweg wordt waargenomen. Dit biedt ALMA een geweldige kans om te helpen bij het bestuderen van het tijdperk waarin de eerste sterren en sterrenstelsels 'aangingen' - het vroegste tijdperk dat tot nu toe is onderzocht. onze zon, onze planeet en ons bestaan ​​zijn de producten - 13 miljard jaar later - van deze eerste generatie sterren. Door hun vorming te bestuderen, leven en dood, we verkennen onze oorsprong.

"Met ALMA, de vooruitzichten voor het uitvoeren van diepere en uitgebreidere waarnemingen van soortgelijke sterrenstelsels in deze vroege tijden zijn veelbelovend, ' zei professor Ellis.

Dr. Laporte concludeerde:"Verdere metingen van dit soort bieden het opwindende vooruitzicht om vroege stervorming en het ontstaan ​​van de zwaardere chemische elementen nog verder terug in het vroege heelal te traceren."