Onderzoekers hebben gigantische wolken van gasvormige koolstof ontdekt met een straal van meer dan 30, 000 lichtjaar rond jonge sterrenstelsels met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Dit is de eerste bevestiging dat koolstofatomen die in sterren in het vroege heelal zijn geproduceerd, zich buiten sterrenstelsels hebben verspreid. Geen enkele theoretische studie heeft zulke enorme koolstofcocons voorspeld rond groeiende sterrenstelsels, wat vragen oproept over ons huidige begrip van kosmische evolutie.

"We hebben het ALMA Wetenschapsarchief grondig onderzocht en alle gegevens verzameld die radiosignalen bevatten van koolstofionen in sterrenstelsels in het vroege heelal, slechts een miljard jaar na de oerknal, " zegt Seiji Fujimoto, de hoofdauteur van het onderzoeksartikel, een astronoom aan de Universiteit van Kopenhagen, en een voormalig Ph.D. student aan de Universiteit van Tokio. "Door alle gegevens te combineren, we bereikten een ongekende gevoeligheid. Het verkrijgen van een dataset van dezelfde kwaliteit met één waarneming zou 20 keer langer duren dan typische ALMA-waarnemingen, wat bijna niet te realiseren is."

Zware elementen zoals koolstof en zuurstof bestonden ten tijde van de oerknal nog niet in het heelal. Ze werden later gevormd door kernfusie in sterren. Echter, het is nog niet duidelijk hoe deze elementen zich door het universum verspreiden. Astronomen hebben zware elementen gevonden in babysterrenstelsels, maar niet buiten die sterrenstelsels. vanwege de beperkte gevoeligheid van hun telescopen. Dit onderzoeksteam somde de zwakke signalen op die waren opgeslagen in het data-archief en verlegde de grenzen.

"De gasvormige koolstofwolken zijn bijna vijf keer groter dan de verdeling van sterren in de sterrenstelsels, zoals waargenomen met de Hubble-ruimtetelescoop, " legt Masami Ouchi uit, een professor aan de National Astronomical Observatory of Japan en de Universiteit van Tokyo. "We zagen diffuse maar enorme wolken drijven in het koolzwarte universum."

Vervolgens, hoe werden de koolstofcocons gevormd? "Supernova-explosies in de laatste fase van het sterrenleven verdrijven zware elementen die in de sterren zijn gevormd, " zegt professor Rob Ivison, de directeur voor Wetenschap bij de European Southern Observatory. "Energetische jets en straling van superzware zwarte gaten in de centra van de sterrenstelsels kunnen ook helpen om koolstof buiten de sterrenstelsels en uiteindelijk door het hele universum te transporteren. We zijn getuige van dit voortdurende diffusieproces, de vroegste milieuvervuiling in het universum."

Het onderzoeksteam merkt op dat momenteel theoretische modellen dergelijke grote koolstofwolken rond jonge sterrenstelsels niet kunnen verklaren, wat waarschijnlijk aangeeft dat een nieuw fysiek proces moet worden opgenomen in kosmologische simulaties. "Jonge sterrenstelsels lijken een hoeveelheid koolstofrijk gas uit te stoten die onze verwachting ver overtreft, " zegt Andrea Ferrara, een professor aan de Scuola Normale Superiore di Pisa.

Het team gebruikt nu ALMA en andere telescopen over de hele wereld om de implicaties van de ontdekking voor galactische uitstroom en koolstofrijke halo's rond sterrenstelsels verder te onderzoeken.