Zo jong en al zo geëvolueerd:dankzij waarnemingen verkregen met de Large Binocular Telescope, een internationaal team van onderzoekers gecoördineerd door Paolo Saracco van het Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF, Italië) was in staat om de wilde evolutionaire geschiedenis te reconstrueren van een extreem massief sterrenstelsel dat 12 miljard jaar geleden bestond, toen het heelal nog maar 1,8 miljard jaar oud was, minder dan 13% van zijn huidige leeftijd. Deze melkweg, genaamd C1-23152, gevormd in slechts 500 miljoen jaar, een ongelooflijk korte tijd om een ​​massa van ongeveer 200 miljard zonnen te veroorzaken. Om dit te doen, het produceerde maar liefst 450 sterren per jaar, meer dan één per dag, een stervormingssnelheid die bijna 300 keer hoger is dan de huidige snelheid in de Melkweg. De informatie die uit deze studie wordt verkregen, zal van fundamenteel belang zijn voor modellen voor de vorming van sterrenstelsels voor objecten waarvoor het momenteel moeilijk te verklaren is.

De zwaarste sterrenstelsels in het heelal bereiken massa's van honderden miljarden keren die van de zon, en hoewel ze numeriek slechts een derde van alle sterrenstelsels uitmaken, ze bevatten meer dan 70% van de sterren in het heelal. Om deze reden, de snelheid waarmee deze sterrenstelsels zijn gevormd en de bijbehorende dynamiek behoren tot de meest besproken vragen van de moderne astrofysica. Het huidige model van de vorming van sterrenstelsels - het zogenaamde hiërarchische model - voorspelt dat kleinere sterrenstelsels eerder zijn gevormd, terwijl er later meer massieve systemen werden gevormd, door daaropvolgende fusies van de reeds bestaande kleinere sterrenstelsels.

Anderzijds, enkele van de eigenschappen van de meest massieve sterrenstelsels die in het lokale universum zijn waargenomen, zoals de leeftijd van hun sterrenpopulaties, suggereren in plaats daarvan dat ze in vroege tijdperken zijn gevormd. Helaas, de verscheidenheid aan evolutionaire verschijnselen die sterrenstelsels tijdens hun leven kunnen ondergaan, stelt astronomen niet in staat om de manier te bepalen waarop ze zijn gevormd, met grote onzekerheidsmarges. Echter, een antwoord op deze vragen kan komen uit de studie van de eigenschappen van massieve sterrenstelsels in het vroege heelal, zo dicht mogelijk bij het tijdstip waarop ze het grootste deel van hun massa vormden.

Zeventien uur aan spectroscopische observaties van het elliptische sterrenstelsel C1-23152 met de Large Binocular Telescope (LBT) stelde Saracco's team in staat zijn evolutionaire geschiedenis te reconstrueren in een periode waarin het universum minder dan 13% van zijn huidige leeftijd was. "De gegevens laten zien dat de vormingstijd van C1-23152, dat is, de tijd die is verstreken tussen de vorming van de eerste sterren van het reeds bestaande gas tot het moment waarop de stervorming bijna volledig was gestopt, is minder dan 500 miljoen jaar, " zegt Paolo Saracco, onderzoeker bij INAF in Milaan en eerste auteur van het artikel gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift . "Ook, uit de met LBT verzamelde gegevens, hebben we kunnen vaststellen dat in deze korte tijd, overeenkomend met minder dan vierhonderdste van de leeftijd van het heelal, de melkweg vormde een massa gelijk aan ongeveer 200 miljard sterren zoals de zon, dat is, ongeveer 450 zonnen per jaar. onze melkweg, De melkweg, vormt nu niet meer dan twee per jaar, " voegt Danilo Marchesini toe, hoogleraar aan de Tufts University en tweede auteur van het artikel. Aanvullend, de grote hoeveelheid verzamelde informatie stelde het team in staat om de overvloed aan chemische elementen zwaarder dan helium (de zogenaamde metalliciteit) te kwantificeren voor de eerste keer in een sterrenstelsel zo ver weg:de sterren van dit sterrenstelsel hebben, verrassend genoeg, een hogere metalliciteit dan die van de zon, vergelijkbaar met die waargenomen in de meest massieve sterrenstelsels in het universum van vandaag.

"Deze waarnemingen toonden aan dat de vorming van de meest massieve sterrenstelsels in het universum extreem snel kan plaatsvinden, door een extreem intens stervormingsproces in het vroege heelal, zoals voor C1-23152, " zegt Francesco La Barbera, onderzoeker bij INAF in Napels.

"Begrijpen of het scenario dat de vorming van C1-23152 beschrijft een specifiek geval is of dat, Integendeel, het is wat er gebeurt voor de meeste van de meest massieve sterrenstelsels in het universum, is van fundamenteel belang, aangezien dit een grondige herziening van de melkwegvormingsmodellen zou vereisen, " voegt Adriana Gargiulo toe, ook een onderzoeker bij INAF in Milaan en co-auteur van de studie.

De vorming van stellaire massa's zo hoog als voor C1-23152 vereist zowel grote gasmassa's om in sterren om te zetten als bijzondere fysieke omstandigheden. Een mogelijk scenario dat door de onderzoekers wordt verondersteld, is dat enorme oergaswolken, vallen onder het effect van zwaartekracht in hetzelfde gebied, botsen, gewelddadige en massieve stervormingsprocessen in gang zetten. Vanuit observerend oogpunt, de voorlopers van de meest massieve sterrenstelsels zouden daarom verre sterrenstelsels kunnen zijn met een zeer hoge stervormingssnelheid.

"Om onze hypothesen te testen, de observaties die we met de volgende generatie instrumenten kunnen uitvoeren, zullen doorslaggevend zijn, vooral, de James Webb Space Telescope (JWST) die eind 2021 in een baan om de aarde wordt gelanceerd, en de Extremely Large Telescope (ELT), de grootste telescoop op de grond ooit gebouwd, met een hoofdspiegel van 39 meter doorsnee, die in 2026 operationeel zal zijn, ’ besluit Saracco.