Nieuwe waarnemingen met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben de nooit eerder vertoonde ontmoeting tussen twee verbazingwekkend heldere en spectaculair massieve sterrenstelsels in het vroege heelal blootgelegd. Deze zogenaamde hyperlichtgevende starburst-sterrenstelsels zijn buitengewoon zeldzaam in dit tijdperk van de kosmische geschiedenis - in de buurt van de tijd waarin sterrenstelsels voor het eerst werden gevormd - en kunnen een van de meest extreme voorbeelden zijn van gewelddadige stervorming die ooit zijn waargenomen.

Astronomen hebben deze twee op elkaar inwerkende sterrenstelsels vastgelegd, gezamenlijk bekend als ADFS-27, toen ze begonnen aan het geleidelijke proces van samensmelten tot één, enorm elliptisch sterrenstelsel. Een eerdere zijwaartse ontmoeting tussen de twee hielp om hun verbazingwekkende uitbarstingen van stervorming op gang te brengen. Astronomen speculeren dat deze fusie uiteindelijk de kern kan vormen van een hele cluster van sterrenstelsels. Clusters van sterrenstelsels behoren tot de meest massieve structuren in het universum.

"Het vinden van slechts één hyper-lichtgevend starburst-sterrenstelsel is op zich al opmerkelijk. Het is werkelijk verbazingwekkend om twee van deze zeldzame sterrenstelsels zo dicht bij elkaar te vinden, " zei Dominik Riechers, een astronoom aan de Cornell University in Ithaca, New York, en hoofdauteur van een paper dat verschijnt in de Astrofysisch tijdschrift . "Gezien hun extreme afstand tot de aarde en de hectische stervormingsactiviteit in elk, het is mogelijk dat we getuige zijn van de meest intense samensmelting van sterrenstelsels die tot nu toe bekend is."

Het ADFS-27 melkwegpaar bevindt zich op ongeveer 12,7 miljard lichtjaar van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Dorado. Op deze afstand, astronomen bekijken dit systeem zoals het eruitzag toen het universum nog maar ongeveer een miljard jaar oud was.

Astronomen ontdekten dit systeem voor het eerst met het Herschel Space Observatory van de European Space Agency. Het verscheen als een enkele rode stip in het overzicht van de zuidelijke hemel door de telescoop. Deze eerste waarnemingen suggereerden dat het schijnbaar zwakke object in feite zowel extreem helder als extreem ver weg was. Vervolgwaarnemingen met de Atacama Pathfinder EXperiment (APEX)-telescoop bevestigden deze eerste interpretaties en maakten de weg vrij voor de meer gedetailleerde ALMA-waarnemingen.

Met zijn hogere resolutie en grotere gevoeligheid, ALMA heeft nauwkeurig de afstand tot dit object gemeten en onthulde dat het in feite twee verschillende sterrenstelsels waren. De koppeling van anders fenomenaal zeldzame sterrenstelsels suggereert dat ze zich in die periode in zijn geschiedenis in een bijzonder dicht gebied van het universum bevonden, zeiden de astronomen.

De nieuwe ALMA-waarnemingen geven ook aan dat het ADFS-27-systeem ongeveer 50 keer zoveel stervormingsgas bevat als de Melkweg. "Veel van dit gas zal zeer snel worden omgezet in nieuwe sterren, " zei Riechers. "Onze huidige waarnemingen geven aan dat deze twee sterrenstelsels inderdaad in een razend tempo sterren produceren, ongeveer duizend keer sneller dan ons eigen sterrenstelsel."

De sterrenstelsels - die als plat zouden lijken, roterende schijven - staan ​​vol met extreem heldere en massieve blauwe sterren. Het meeste van dit intense sterrenlicht, echter, komt nooit uit de sterrenstelsels zelf; er is gewoon te veel verduisterend interstellair stof in elk.

Dit stof absorbeert het schitterende sterrenlicht, opwarmen totdat het helder gloeit in infrarood licht. Terwijl dit licht de enorme kosmische afstanden naar de aarde aflegt, de voortdurende uitdijing van het heelal verschuift het eens infrarode licht naar langere millimeter- en submillimetergolflengten, allemaal dankzij het Doppler-effect.

ALMA is speciaal ontworpen om dit soort licht te detecteren en te bestuderen, waardoor de astronomen de bron van het licht in twee verschillende objecten konden oplossen. De waarnemingen tonen ook de basisstructuren van de sterrenstelsels, onthullende staartachtige kenmerken die tijdens hun eerste ontmoeting werden afgesplitst.

De nieuwe waarnemingen geven ook aan dat de twee sterrenstelsels ongeveer 30 zijn, 000 lichtjaar uit elkaar, bewegen met ongeveer enkele honderden kilometers per seconde ten opzichte van elkaar. Terwijl ze door de zwaartekracht blijven interageren, elke melkweg zal uiteindelijk vertragen en naar de andere vallen, waarschijnlijk leidend tot een aantal meer hechte ontmoetingen voordat ze samensmelten tot één massale, elliptisch sterrenstelsel. De astronomen verwachten dat dit proces een paar honderd miljoen jaar zal duren.

"Vanwege hun grote afstand en stoffigheid, deze sterrenstelsels blijven volledig onopgemerkt op zichtbare golflengten, " merkte Riechers op. "Uiteindelijk, we hopen de voortreffelijke ALMA-gegevens te combineren met toekomstige infraroodwaarnemingen met NASA's James Webb Space Telescope. Deze twee telescopen zullen het 'droomteam' van een astronoom vormen om de aard van deze en andere uitzonderlijk zeldzame, extreme systemen."