Astronomen die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruiken, waarin de European Southern Observatory (ESO) een partner is, hebben een extreem ver en daarom erg jong sterrenstelsel onthuld dat verrassend veel op onze Melkweg lijkt. Het sterrenstelsel is zo ver weg dat het licht er meer dan 12 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken:we zien het zoals het was toen het heelal slechts 1,4 miljard jaar oud was. Het is ook verrassend onchaotisch, tegenstrijdige theorieën dat alle sterrenstelsels in het vroege heelal turbulent en onstabiel waren. Deze onverwachte ontdekking daagt ons begrip uit van hoe sterrenstelsels ontstaan, geeft nieuwe inzichten in het verleden van ons heelal.

"Dit resultaat betekent een doorbraak op het gebied van de vorming van sterrenstelsels, waaruit blijkt dat de structuren die we waarnemen in nabije spiraalstelsels en in onze Melkweg al 12 miljard jaar geleden op hun plaats waren, " zegt Francesca Rizzo, doctoraat student van het Max Planck Instituut voor Astrofysica in Duitsland, wie leidde het onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Natuur . Terwijl de melkweg de astronomen bestudeerden, genaamd SPT0418-47, lijkt geen spiraalarmen te hebben, het heeft minstens twee kenmerken die kenmerkend zijn voor onze Melkweg:een draaiende schijf en een uitstulping, de grote groep sterren die zich stevig om het galactische centrum bevinden. Dit is de eerste keer dat een uitstulping zo vroeg in de geschiedenis van het heelal is gezien, waardoor SPT0418-47 de meest verre Melkweg lijkt.

"De grote verrassing was om te ontdekken dat dit sterrenstelsel eigenlijk vrij veel lijkt op nabije sterrenstelsels, tegen alle verwachtingen van de modellen en eerdere, minder gedetailleerd, waarnemingen, " zegt co-auteur Filippo Fraternali, van het Kapteyn Astronomisch Instituut, Rijksuniversiteit Groningen in Nederland. In het vroege heelal, jonge sterrenstelsels waren nog in de maak, dus onderzoekers verwachtten dat ze chaotisch zouden zijn en de duidelijke structuren zouden missen die typerend zijn voor meer volwassen sterrenstelsels zoals de Melkweg.

Het bestuderen van verre sterrenstelsels zoals SPT0418-47 is van fundamenteel belang voor ons begrip van hoe sterrenstelsels gevormd en geëvolueerd zijn. Dit sterrenstelsel is zo ver weg dat we het konden zien toen het heelal nog maar 10% van zijn huidige leeftijd had, omdat het licht er 12 miljard jaar over deed om de aarde te bereiken. Door het te bestuderen, we gaan terug naar een tijd waarin deze babysterrenstelsels zich net begonnen te ontwikkelen.

Omdat deze sterrenstelsels zo ver weg zijn, gedetailleerde waarnemingen met zelfs de krachtigste telescopen zijn bijna onmogelijk omdat de sterrenstelsels klein en zwak lijken. Het team overwon dit obstakel door een nabijgelegen sterrenstelsel te gebruiken als een krachtig vergrootglas - een effect dat bekend staat als zwaartekrachtlensing - waardoor ALMA in ongekend detail in het verre verleden kon kijken. Bij deze uitwerking de aantrekkingskracht van de nabije melkweg vervormt en buigt het licht van de verre melkweg, waardoor het misvormd en vergroot lijkt.

De zwaartekracht lensed, verre melkwegstelsel verschijnt als een bijna perfecte lichtring rond het nabijgelegen melkwegstelsel, dankzij hun bijna exacte uitlijning. Het onderzoeksteam reconstrueerde de ware vorm van het verre melkwegstelsel en de beweging van zijn gas uit de ALMA-gegevens met behulp van een nieuwe computermodelleringstechniek. "Toen ik voor het eerst de gereconstrueerde afbeelding van SPT0418-47 zag, kon ik het niet geloven:er ging een schatkist open, ' zegt Rizzo.

"Wat we vonden was nogal raadselachtig; ondanks het vormen van sterren in een hoog tempo, en daarom de plaats zijn van zeer energetische processen, SPT0418-47 is de best geordende schijf van sterrenstelsels die ooit in het vroege heelal is waargenomen. " verklaarde co-auteur Simona Vegetti, ook van het Max Planck Instituut voor Astrofysica. "Dit resultaat is vrij onverwacht en heeft belangrijke implicaties voor hoe we denken dat sterrenstelsels evolueren." De astronomen merken op, echter, dat hoewel SPT0418-47 een schijf en andere kenmerken heeft die vergelijkbaar zijn met die van spiraalstelsels die we vandaag zien, ze verwachten dat het zal evolueren naar een sterrenstelsel dat heel anders is dan de Melkweg, en sluit je aan bij de klasse van elliptische sterrenstelsels, een ander type sterrenstelsel dat, langs de spiralen, bewonen het heelal vandaag.

Deze onverwachte ontdekking suggereert dat het vroege heelal misschien niet zo chaotisch is als ooit werd gedacht en roept veel vragen op over hoe een goed geordend sterrenstelsel zo snel na de oerknal heeft kunnen ontstaan. Deze ALMA-bevinding volgt op de eerdere ontdekking die in mei werd aangekondigd van een enorme roterende schijf die op een vergelijkbare afstand werd gezien. SPT0418-47 wordt in fijner detail gezien, dankzij het lenseffect, en heeft naast een schijf ook een uitstulping, waardoor het nog meer lijkt op onze huidige Melkweg dan het eerder bestudeerde.

Toekomstige studies, inclusief met ESO's Extreem Grote Telescoop, zal proberen te ontdekken hoe typisch deze 'baby' schijfsterrenstelsels werkelijk zijn en of ze gewoonlijk minder chaotisch zijn dan voorspeld, het openen van nieuwe wegen voor astronomen om te ontdekken hoe sterrenstelsels evolueerden.