Astronomen die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruiken, hebben het licht gezien van een enorm sterrenstelsel dat slechts 970 miljoen jaar na de oerknal werd waargenomen. Deze melkweg, genaamd MAMBO-9, is het verst verwijderde stoffige stervormende sterrenstelsel dat ooit is waargenomen zonder de hulp van een zwaartekrachtlens.

Stoffige stervormende sterrenstelsels zijn de meest intense stellaire kraamkamers in het universum. Ze vormen sterren met een snelheid tot een paar duizend keer de massa van de zon per jaar (de stervormingssnelheid van onze Melkweg is slechts drie zonsmassa's per jaar) en ze bevatten enorme hoeveelheden gas en stof. Dergelijke monsterstelsels zijn naar verwachting niet vroeg in de geschiedenis van het heelal gevormd, maar astronomen hebben er al een aantal ontdekt, zoals gezien toen de kosmos nog geen miljard jaar oud was. Een daarvan is de melkweg SPT0311-58, die ALMA in 2018 heeft waargenomen.

Door hun extreme gedrag astronomen denken dat deze stoffige sterrenstelsels een belangrijke rol spelen in de evolutie van het heelal. Maar ze vinden is makkelijker gezegd dan gedaan. "Deze sterrenstelsels hebben de neiging zich in het volle zicht te verbergen, " zei Caitlin Casey van de Universiteit van Texas in Austin en hoofdauteur van een studie gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift . "We weten dat ze daar zijn, maar ze zijn niet gemakkelijk te vinden omdat hun sterrenlicht verborgen is in stofwolken."

Het licht van MAMBO-9 werd tien jaar geleden al gedetecteerd door co-auteur Manuel Aravena, met behulp van het Max-Planck Millimeter BOlometer (MAMBO) instrument op de IRAM 30-meter telescoop in Spanje en de Plateau de Bure Interferometer in Frankrijk. Maar deze waarnemingen waren niet gevoelig genoeg om de afstand van de melkweg te onthullen. "We twijfelden of het echt was, omdat we het met andere telescopen niet konden vinden. Maar als het echt was, het moest heel ver weg zijn, " zegt Aravena, die op dat moment een Ph.D. student in Duitsland en werkt momenteel voor de Universidad Diego Portales in Chili.

Dankzij de gevoeligheid van ALMA, Casey en haar team hebben nu de afstand van MAMBO-9 kunnen bepalen. "We hebben het sterrenstelsel gevonden in een nieuw ALMA-onderzoek dat speciaal is ontworpen om stoffige stervormende sterrenstelsels in het vroege heelal te identificeren, "zei Casey. "En wat is er zo speciaal aan deze observatie, is dat dit het verste stoffige sterrenstelsel is dat we ooit op een onbelemmerde manier hebben gezien."

Het licht van verre sterrenstelsels wordt vaak belemmerd door andere sterrenstelsels dichter bij ons. Deze sterrenstelsels vooraan werken als een zwaartekrachtlens:ze buigen het licht van het verder weg gelegen sterrenstelsel af. Dit lenseffect maakt het voor telescopen gemakkelijker om verre objecten te spotten (zo kon ALMA melkwegstelsel SPT0311-58 zien). Maar het vervormt ook het beeld van het object, waardoor het moeilijker wordt om de details te onderscheiden.

In dit onderzoek, de astronomen zagen MAMBO-9 direct, zonder lens, en hierdoor konden ze de massa meten. "De totale massa van gas en stof in de melkweg is enorm:tien keer meer dan alle sterren in de Melkweg. Dit betekent dat het de meeste van zijn sterren nog moet bouwen, " legde Casey uit. Het sterrenstelsel bestaat uit twee delen, en het is aan het fuseren.

Casey hoopt in het ALMA-onderzoek verder weg gelegen stoffige sterrenstelsels te vinden. die inzicht geven in hoe vaak ze voorkomen, hoe deze massieve sterrenstelsels zo vroeg in het heelal zijn ontstaan, en waarom ze zo stoffig zijn. "Stof is normaal gesproken een bijproduct van stervende sterren, ' zei ze. 'We verwachten honderd keer meer sterren dan stof. Maar MAMBO-9 heeft nog niet zoveel sterren voortgebracht en we willen uitzoeken hoe stof zich zo snel kan vormen na de oerknal."

"Waarnemingen met nieuwe en meer capabele technologie kunnen onverwachte bevindingen opleveren, zoals MAMBO-9, " zei Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer voor NRAO en ALMA. "Hoewel het een uitdaging is om zo'n enorm sterrenstelsel zo vroeg in de geschiedenis van het universum te verklaren, ontdekkingen als deze stellen astronomen in staat een beter begrip te ontwikkelen van, en stel steeds meer vragen over, het universum."

Het licht van MAMBO-9 reisde ongeveer 13 miljard jaar om de antennes van ALMA te bereiken (het universum is vandaag ongeveer 13,8 miljard jaar oud). Dat betekent dat we kunnen zien hoe de melkweg er in het verleden uitzag (bekijk deze video om te zien hoe ALMA werkt als een tijdmachine). Vandaag, de melkweg zou waarschijnlijk nog groter zijn, met honderd keer meer sterren dan de Melkweg, die in een enorme cluster van sterrenstelsels verblijven.