Sterrenhopen worden gevormd door de condensatie van moleculaire wolken, massa's koude, dicht gas dat in elk sterrenstelsel voorkomt. De fysieke eigenschappen van deze wolken in ons eigen sterrenstelsel en nabije sterrenstelsels zijn al lang bekend. Maar zijn ze identiek in verre sterrenstelsels die meer dan 8 miljard lichtjaar verwijderd zijn? Voor de eerste keer, een internationaal team onder leiding van de Universiteit van Genève (UNIGE) heeft moleculaire wolken kunnen detecteren in een voorloper van de Melkweg, dankzij de ongekende ruimtelijke resolutie die in zo'n verre melkwegstelsel wordt bereikt. Deze waarnemingen, gepubliceerd in Natuurastronomie , laten zien dat de verre wolken een hogere massa hebben, dichtheid en interne turbulentie dan de wolken in nabije sterrenstelsels en dat ze veel meer sterren produceren. De astronomen schrijven deze verschillen toe aan de interstellaire omgevingscondities in verre sterrenstelsels, die te extreem zijn om te overleven voor de moleculaire wolken die typisch zijn voor nabije sterrenstelsels.

Moleculaire wolken bestaan ​​uit dichte, koud moleculair waterstofgas dat ronddraait met supersonische snelheden, het genereren van dichtheidsfluctuaties die condenseren en sterren vormen. In nabije sterrenstelsels, zoals de Melkweg, een moleculaire wolk produceert tussen de 10+3 en 10+6 sterren. In verre sterrenstelsels, echter, op meer dan 8 miljard lichtjaar afstand, astronomen hebben gigantische sterrenhopen waargenomen die tot 100 keer meer sterren bevatten. Waarom is er zo'n verschil?

Uitzonderlijke waarneming mogelijk gemaakt met behulp van een kosmisch vergrootglas

Om deze vraag te beantwoorden, konden de astronomen gebruik maken van een natuurlijke telescoop - het fenomeen van de zwaartekrachtlens - in combinatie met ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array), een interferometer bestaande uit 50 millimetrische radioantennes die het hele beeld van een sterrenstelsel onmiddellijk reconstrueren. "Zwaartekrachtlenzen zijn een natuurlijke telescoop die een vergrootglaseffect produceert wanneer een massief object wordt uitgelijnd tussen de waarnemer en het verre object, " legt Miroslava Dessauges uit, een onderzoeker bij de afdeling Sterrenkunde van UNIGE's Faculteit Wetenschappen en eerste auteur van de studie. "Met dit effect sommige delen van verre sterrenstelsels zijn uitgerekt aan de hemel en kunnen worden bestudeerd met een ongeëvenaarde resolutie van 90 lichtjaar!" ALMA, In de tussentijd, kan worden gebruikt om het niveau van koolmonoxide te meten, die fungeert als een tracer van moleculair waterstofgas dat de koude wolken vormt.

Deze resolutie maakte het mogelijk om de moleculaire wolken afzonderlijk te karakteriseren in een ver sterrenstelsel, bijgenaamd de "kosmische slang, " 8 miljard lichtjaar verwijderd. "Het is de eerste keer dat we moleculaire wolken van elkaar kunnen lokaliseren, " zegt Daniël Schaerer, professor aan de afdeling Sterrenkunde van UNIGE. De astronomen waren daarom in staat om de massa te vergelijken, maat, dichtheid en interne turbulentie van moleculaire wolken in nabije en verre sterrenstelsels. "Men dacht dat de wolken te allen tijde dezelfde eigenschappen hadden in alle sterrenstelsels, vervolgt de in Genève gevestigde onderzoeker, maar onze waarnemingen hebben het tegenovergestelde aangetoond!"

Moleculaire wolken die bestand zijn tegen extreme omgevingen

Deze nieuwe waarnemingen onthulden dat de moleculaire wolken in verre sterrenstelsels een massa hadden, dichtheid en turbulentie die 10 tot 100 keer hoger zijn dan die in nabijgelegen sterrenstelsels. "Dergelijke waarden waren alleen gemeten in wolken in nabije, op elkaar inwerkende sterrenstelsels, die interstellaire omstandigheden hebben die lijken op die van verre sterrenstelsels, ", voegt Miroslava Dessauges toe. De onderzoekers konden de verschillen in de fysieke eigenschappen van de wolken in verband brengen met de galactische omgevingen, die extremer en vijandiger zijn in verre sterrenstelsels dan in dichterbij gelegen sterrenstelsels. "Een moleculaire wolk die typisch in een nabijgelegen melkwegstelsel wordt aangetroffen, zou onmiddellijk instorten en worden vernietigd in het interstellaire medium van verre melkwegstelsels, vandaar dat zijn verhoogde dichtheid en turbulentie zijn overleving en evenwicht garanderen, ", legt Miroslava Dessauges uit. "De karakteristieke massa van de moleculaire wolken in de Kosmische Slang lijkt perfect in overeenstemming te zijn met de voorspellingen van ons scenario van fragmentatie van turbulente galactische schijven. Als resultaat, dit scenario kan worden voorgesteld als het mechanisme van de vorming van massieve moleculaire wolken in verre sterrenstelsels, " voegt Lucio Mayer toe, een professor aan het Centrum voor Fysische en Kosmologische Theorie aan de Universiteit van Zürich.

Het internationale team ontdekte ook dat de efficiëntie van stervorming in het Kosmische Slangstelsel bijzonder hoog is, waarschijnlijk veroorzaakt door de zeer supersonische interne turbulentie van de wolken. "In nabijgelegen sterrenstelsels, een moleculaire wolk vormt ongeveer 5 procent van zijn massa in sterren. In verre sterrenstelsels, dit aantal stijgt tot 30 procent, " merkt Daniel Schaerer op.

De astronomen zullen nu andere verre sterrenstelsels bestuderen om hun waarnemingsresultaten voor de Kosmische Slang te bevestigen. Miroslava Dessauges zegt tot slot:"We zullen de resolutie ook nog verder opdrijven door gebruik te maken van de unieke prestaties van de ALMA-interferometer. we moeten het vermogen van moleculaire wolken in verre sterrenstelsels om zo efficiënt sterren te vormen, beter begrijpen."