Een internationaal team van astronomen uit Japan, Mexico en de Universiteit van Massachusetts Amherst die vandaag een "monsterstelsel" op 12,4 miljard lichtjaar afstand bestuderen, melden dat hun instrumenten een 10 keer hogere hoekresolutie hebben bereikt dan ooit tevoren, het onthullen van structurele details van sterrenstelsels die voorheen volledig onbekend waren. Ze waren ook in staat om dynamische eigenschappen te analyseren die voorheen niet konden worden onderzocht. Details verschijnen in Natuur .

Men denkt dat zogenaamde "monsterstelsels" of extreme starburst-stelsels de voorouders zijn van massieve sterrenstelsels zoals de Melkweg in het huidige universum, dus deze bevindingen over het sterrenstelsel dat bekend staat als COSMOS-AzTEC-1 effenen de weg om hun vorming en evolutie te begrijpen, zeggen de onderzoekers.

Co-auteur Min Yun, hoogleraar astronomie aan de UMass Amherst en een lid van het team dat dit sterrenstelsel ontdekte met behulp van een door de UMass gebouwd instrument genaamd AzTEC in 2007 in Chili, voegt toe, "Een echte verrassing is dat dit sterrenstelsel, dat bijna 13 miljard jaar geleden werd gezien, een enorm, bestelde gasschijf die regelmatig draait in plaats van wat we hadden verwacht, wat een soort wanordelijk treinwrak zou zijn geweest dat de meeste theoretische studies hadden voorspeld."

Dat gezegd hebbende, hij voegt toe, ze hebben wel waargenomen dat deze gasschijf nu dynamisch onstabiel is, wat betekent dat de hele gasschijf waaruit dit sterrenstelsel bestaat aan het versnipperen is en een gigantische episode van starburst ondergaat, wat helpt om zijn enorme stervormingssnelheid te verklaren, meer dan 1, 000 keer die van de Melkweg.

Deze meest recente waarnemingen van COSMOS-AzTEC-1 werden mogelijk gemaakt door de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een telescoop en faciliteit beheerd door een internationaal partnerschap in Chili. Ken-ichi Tadaki is hoofdauteur van de paper van deze week en een postdoctoraal onderzoeker bij de Japan Society for the Promotion of Science en de National Astronomical Observatory van het land. Hij zegt, "Een van de beste aspecten van ALMA-waarnemingen is om zulke verre sterrenstelsels te zien met een ongekende resolutie."

Astronomen hebben zich lang afgevraagd waarom monsterstelsels in zo'n schrikbarend tempo sterren kunnen vormen. Om te beginnen te begrijpen, ze moesten de omgeving rond sterrenkraamkamers karakteriseren. Het tekenen van gedetailleerde kaarten van moleculaire wolken is een belangrijke stap, ze zeggen.

Tadaki en het team ontdekten dat COSMOS-AzTEC-1 rijk is aan de ingrediënten van sterren, maar het was nog steeds moeilijk om de aard van het kosmische gas in de melkweg te achterhalen. Ze gebruikten ALMA's hoge resolutie en hoge gevoeligheid om het melkwegstelsel te observeren en een gedetailleerde kaart van de verspreiding en de beweging van het gas te verkrijgen om de moleculaire gaskaart met de hoogste resolutie te maken van een ver monsterstelsel dat ooit is gemaakt.

"We ontdekten dat er twee verschillende grote wolken zijn op enkele duizenden lichtjaren verwijderd van het centrum, " legt Tadaki uit. "In de meest verre starburst-sterrenstelsels, sterren worden actief gevormd in het centrum. Het is dus verrassend om niet-gecentreerde wolken te vinden."

Yun voegt eraan toe, "Hoe deze sterrenstelsels in de eerste plaats zo'n grote hoeveelheid gas hebben kunnen verzamelen en vervolgens in wezen de hele gasreserve in een oogwenk in sterren hebben veranderd, kosmologisch gesproken, was een volkomen onbekende vraag waarover we alleen maar konden speculeren. We hebben nu de eerste antwoorden."

Hij zegt, "Totdat dit resultaat van ALMA binnenkwam, niemand wist hoe de natuur enorme, jonge sterrenstelsels werden slechts 1 miljard jaar na de oerknal gevormd. Ze 10 jaar geleden voor het eerst vinden met het AzTEC-instrument was een echte ontdekking, maar het tartte uitleg."

Met de nieuwe waarnemingen teamleden geloven nu dat het monsterstelsel wordt aangedreven door "een extreem gaszware schijf die op de een of andere manier stabiel wordt gehouden totdat er genoeg gas is verzameld. We weten nog steeds niet hoe zoveel gas zo snel wordt verzameld en waardoor dit enorme gas reserve voor het ontsteken en veranderen in sterren, zoals bekend is dat gas in het plaatselijk universum doet, ' voegt Yun toe.

De astronomen ontdekten dat de gaswolken in COSMOS-AzTEC-1 erg onstabiel zijn, wat ongebruikelijk is. In een normale situatie, ze wijzen erop, de inwendige zwaartekracht en uitwendige druk zijn in evenwicht. Zodra de zwaartekracht de druk overwint, de gaswolk stort in en vormt in hoog tempo sterren. Vervolgens, sterren en supernova-explosies aan het einde van de stellaire levenscyclus blazen gassen uit, die de uitwendige druk verhogen. Als resultaat, de zwaartekracht en druk bereiken een evenwichtige toestand en de stervorming gaat in een gematigd tempo door. Op deze manier is de stervorming in sterrenstelsels zelfregulerend.

Maar in COSMOS-AzTEC-1, de druk is veel zwakker dan de zwaartekracht en moeilijk te balanceren. Daarom vertoont dit sterrenstelsel een op hol geslagen stervorming en is het veranderd in een onstuitbaar monsterstelsel. Tadaki, Yun en collega's schatten dat het gas in COSMOS-AzTEC-1 over 100 miljoen jaar volledig verbruikt zal zijn, dat is 10 keer sneller dan in andere stervormende sterrenstelsels.

Waarom het gas in COSMOS-AzTEC-1 zo onstabiel is, is nog niet duidelijk, maar een fenomeen dat "sterrenstelselfusie" wordt genoemd, is een mogelijke oorzaak. Een botsing van sterrenstelsels heeft het gas mogelijk efficiënt naar een klein gebied getransporteerd en intense stervorming ontstoken. Tadaki zegt, "Op dit moment, we hebben geen bewijs van fusie in deze melkweg. Maar door andere soortgelijke sterrenstelsels met ALMA te observeren, we willen de relatie tussen sterrenstelsels en monsterstelsels onthullen."