Versterkt door natuurlijke vergrotende lenzen in de ruimte, NASA's Hubble-ruimtetelescoop heeft unieke close-ups gemaakt van de helderste infraroodstelsels van het universum, die maar liefst 10 zijn, 000 keer helderder dan onze Melkweg.

De melkwegbeelden, vergroot door een fenomeen dat zwaartekrachtlensvorming wordt genoemd, onthullen een verward web van misvormde objecten onderbroken door exotische patronen zoals ringen en bogen. De vreemde vormen zijn grotendeels te wijten aan de krachtige zwaartekracht van de lensstelsels op de voorgrond die de beelden van de achtergrondstelsels vervormt. De ongebruikelijke vormen kunnen ook zijn ontstaan ​​door spectaculaire botsingen tussen verre, massieve sterrenstelsels in een soort kosmische sloopderby.

"We hebben de jackpot van zwaartekrachtlenzen gewonnen, " zei hoofdonderzoeker James Lowenthal van Smith College in Northampton, Massachusetts. "Deze ultralichte, enorm, starburst-sterrenstelsels zijn zeer zeldzaam. Door zwaartekrachtlenzen worden ze vergroot, zodat je kleine details kunt zien die anders ondenkbaar zijn. We kunnen objecten zien die zo klein zijn als ongeveer 100 lichtjaar of minder. We willen begrijpen wat deze monsters aandrijft, en zwaartekrachtlensing stelt ons in staat om ze in meer detail te bestuderen."

De sterrenstelsels staan ​​in vuur en vlam met op hol geslagen stervorming, meer dan 10 uitpompen, 000 nieuwe sterren per jaar. Deze ongewoon snelle stergeboorte vindt plaats op het hoogtepunt van de opkomst van sterren in het universum, meer dan 8 miljard jaar geleden. De ster-geboorte-razernij zorgt voor veel stof, die de sterrenstelsels omhult, waardoor ze te zwak zijn om in zichtbaar licht te detecteren. Maar ze gloeien fel in infrarood licht, schijnt met de schittering van 10 biljoen tot 100 biljoen zonnen.

Zwaartekrachtlenzen treden op wanneer de intense zwaartekracht van een massief sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsels het licht van zwakkere, verder weg gelegen achtergrondbronnen. Eerdere waarnemingen van de sterrenstelsels, ontdekt in ver-infrarood licht door observatoria op de grond en in de ruimte, had gesuggereerd van zwaartekrachtlensing. Maar Hubble's scherpe visie bevestigde het vermoeden van de onderzoekers.

Lowenthal presenteert zijn resultaten om 15:15 uur. (EDT), 6 juni op de bijeenkomst van de American Astronomical Society in Austin, Texas.

Volgens het onderzoeksteam slechts enkele tientallen van deze heldere infrarode sterrenstelsels bestaan ​​in het heelal, verspreid over de hemel. Ze bevinden zich in ongewoon dichte gebieden in de ruimte die op de een of andere manier de snelle stervorming in het vroege universum hebben veroorzaakt.

De sterrenstelsels kunnen aanwijzingen bevatten over hoe sterrenstelsels miljarden jaren geleden zijn gevormd. "Er zijn zoveel onbekenden over de vorming van sterren en sterrenstelsels, " legde Lowenthal uit. "We moeten de extreme gevallen begrijpen, zoals deze sterrenstelsels, evenals de gemiddelde gevallen, zoals onze Melkweg, om een ​​compleet verhaal te hebben over hoe sterrenstelsels en stervorming plaatsvinden."

Bij het bestuderen van deze vreemde sterrenstelsels, astronomen moeten eerst de lensstelsels op de voorgrond ontwarren van de ultraheldere sterrenstelsels op de achtergrond. Het zien van dit effect is als kijken naar objecten op de bodem van een zwembad. Het water vervormt je zicht, net zoals de zwaartekracht van de lensstelsels de vormen van de verre sterrenstelsels uitrekt. "We moeten de aard en omvang van die lenseffecten begrijpen om goed te kunnen interpreteren wat we in de verte zien, vroeg heelal, Lowenthal zei. "Dit geldt niet alleen voor deze helderste infrarode sterrenstelsels, maar waarschijnlijk voor de meeste of misschien zelfs alle verre sterrenstelsels."

Het team van Lowenthal is halverwege zijn Hubble-onderzoek van 22 sterrenstelsels. Een internationaal team van astronomen ontdekte de sterrenstelsels voor het eerst in ver-infraroodlicht met behulp van onderzoeksgegevens van het Planck-ruimteobservatorium van de European Space Agency (ESA), en een slimme speurtocht. Het team vergeleek die bronnen vervolgens met sterrenstelsels die zijn gevonden in de catalogus van ver-infraroodobjecten van ESA's Herschel Space Observatory en met radiogegevens op de grond die zijn gemaakt door de Very Large Array in New Mexico. De onderzoekers gebruikten vervolgens de Large Millimeter Telescope (LMT) in Mexico om hun exacte afstanden tot de aarde te meten. De ver-infraroodbeelden van de LMT onthulden ook meerdere objecten, wat erop duidde dat de sterrenstelsels door de zwaartekracht werden lenzen.

Deze heldere objecten bestonden tussen 8 miljard en 11,5 miljard jaar geleden, toen het heelal krachtiger sterren maakte dan nu het geval is. De stergeboorteproductie van de sterrenstelsels is 5, 000 tot 10, 000 keer hoger dan die van onze Melkweg. Echter, de ultraheldere sterrenstelsels pompen sterren uit met slechts dezelfde hoeveelheid gas als in de Melkweg.

Dus, de knagende vraag is, wat drijft de wonderbaarlijke stergeboorte aan? "We weten al twee decennia dat enkele van de meest lichtgevende sterrenstelsels in het universum erg stoffig en massief zijn, en ze ondergaan uitbarstingen van stervorming, "Zei Lowenthal. "Maar ze zijn erg moeilijk te bestuderen omdat het stof ze praktisch onmogelijk maakt om waar te nemen in zichtbaar licht. Ze zijn ook erg zeldzaam:ze komen niet voor in Hubble's deep-field-onderzoeken. Ze bevinden zich in willekeurige delen van de lucht waar nog nooit iemand in detail naar heeft gekeken. Daarom is het zo belangrijk om vast te stellen dat ze door de zwaartekracht van een lens voorzien zijn."

Deze sterrenstelsels kunnen helderder zijn, verder weg gelegen neven van de ultralichtgevende infrarode sterrenstelsels (ULIRGS), fors, stofomhuld, starburst sterrenstelsels, gezien in het nabije heelal. De productie van sterren van de ULIRGS wordt gestimuleerd door de samensmelting van twee spiraalstelsels, wat een mogelijkheid is voor de geweldige babyboom bij hun meer verre verwanten. Echter, Lowenthal zei dat computersimulaties van de geboorte en groei van sterrenstelsels laten zien dat grote fusies plaatsvinden in een later tijdperk dan het tijdperk waarin deze sterrenstelsels worden gezien.

Een ander idee voor de stervormingsgolf is dat veel gas, het materiaal dat sterren maakt, stroomt de verre sterrenstelsels binnen. "Het vroege heelal was dichter, dus misschien regent er gas op de sterrenstelsels, of ze worden gevoed door een soort kanaal of leiding, waar we nog niet achter zijn gekomen, "Zei Lowenthal. "Dit is waar theoretici mee worstelen:hoe krijg je al het gas snel genoeg in een melkwegstelsel om het te laten gebeuren?"

Het onderzoeksteam is van plan om Hubble en het Gemini Observatorium op Hawaï te gebruiken om te proberen onderscheid te maken tussen de voorgrond- en achtergrondstelsels, zodat ze de details van de schitterende monsterstelsels kunnen gaan analyseren.

Toekomstige telescopen, zoals NASA's James Webb Space Telescope, een infrarood-observatorium dat in 2018 moet worden gelanceerd, zal de snelheid van de sterren van de sterrenstelsels meten, zodat astronomen de massa van deze ultralichtgevende objecten kunnen berekenen.

"De lucht is bedekt met allerlei soorten sterrenstelsels, inclusief degenen die schijnen in ver-infrarood licht, ' zei Lowenthal. 'Wat we hier zien is het topje van de ijsberg:de allerhelderste van allemaal.'