Een internationaal team van wetenschappers onder leiding van het Centrum voor Astrobiologie (CAB, CSIC-INTA), met deelname van het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), heeft de Gran Telescopio Canarias (GTC) gebruikt om een ​​representatieve steekproef van sterrenstelsels te bestuderen, zowel schijf als bolvormig, in een deep sky-zone in het sterrenbeeld Grote Beer om de eigenschappen van de stellaire populaties van galactische uitstulpingen te karakteriseren. De onderzoekers hebben de wijze van vorming en ontwikkeling van deze galactische structuren kunnen bepalen. De resultaten van dit onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift .

De onderzoekers richtten hun studie op massieve schijf- en sferoïdale sterrenstelsels, gebruikmakend van beeldgegevens van de Hubble-ruimtetelescoop en spectroscopische gegevens van het SHARDS-project (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), een programma van observaties over de volledige GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey-North) regio door 25 verschillende filters genomen met het OSIRIS-instrument op de Gran Telescopio Canarias (GTC), de grootste optische en infraroodtelescoop ter wereld, bij het observatorium Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma, Canarische eilanden).

Analyse van de gegevens stelde de onderzoekers in staat iets onverwachts te ontdekken:de uitstulpingen van de schijfsterrenstelsels werden in twee golven gevormd. Een derde van de uitstulpingen in schijfstelsels werd gevormd bij roodverschuiving 6.2, wat overeenkomt met een vroeg tijdperk in het heelal, toen het nog maar 5% van zijn huidige leeftijd was, ongeveer 900 miljoen jaar oud. "Deze uitstulpingen zijn de overblijfselen van de eerste structuren gevormd in het heelal, die we hebben gevonden verborgen in lokale schijfsterrenstelsels", legt Luca Costin uit, een onderzoeker bij de CAB binnen een programma voor het aantrekken van talent van de Gemeenschap van Madrid, en de eerste auteur op het papier.

Maar in tegenstelling, bijna tweederde van de waargenomen uitstulpingen vertoont een gemiddelde waarde van roodverschuiving van ongeveer 1,3, wat betekent dat ze veel recenter zijn gevormd, overeenkomend met een leeftijd van vier miljard jaar, of bijna 35% van de leeftijd van het heelal.

Een bijzonder kenmerk dat het onderscheid tussen de twee golven mogelijk maakt, is dat de centrale uitstulpingen van de eerste golf, de oudere uitstulpingen, zijn compacter en dichter dan die gevormd in de tweede, recentere golf. In aanvulling, de gegevens van de bolvormige sterrenstelsels in de steekproef tonen een gemiddelde roodverschuivingswaarde van 1,1, wat suggereert dat ze in dezelfde algemene tijd zijn gevormd als de uitstulpingen van de tweede golf.

Voor Jairo Mendez Abreu, een onderzoeker aan de Universiteit van Granada (UGR) en een co-auteur van het artikel, die voorheen een Severo Ochoa postdoctoraal onderzoeker was bij de IAC, "Het idee achter de techniek die wordt gebruikt om de sterren in de centrale uitstulping te observeren, is vrij eenvoudig, maar het was niet mogelijk om het toe te passen tot de recente ontwikkeling van methoden die ons in staat hebben gesteld het licht van de sterren in de centrale uitstulping te scheiden van die in de schijf, om specifiek de GASP2D- en C2D-algoritmen te zijn, die we recent hebben ontwikkeld en die ons in staat hebben gesteld om een ​​ongekende nauwkeurigheid te bereiken".

Een ander belangrijk resultaat van het onderzoek is dat de twee golven van uitstulping niet alleen verschillen in de leeftijd van hun sterren, maar ook in termen van hun stervormingssnelheden. De gegevens geven aan dat de sterren in de uitstulpingen van de eerste golf zich snel vormden, op tijdschalen van typisch 200 miljoen jaar. Integendeel, een aanzienlijk deel van de sterren in de uitstulpingen van de tweede golf vereiste vormingstijden vijf keer langer, zo'n duizend miljoen jaar.

"We hebben ontdekt dat het heelal twee manieren heeft om de centrale zones van sterrenstelsels zoals het onze te vormen:vroeg beginnen en zeer snel presteren, of de tijd nemen om te beginnen, maar uiteindelijk vormen we een groot aantal sterren in wat we kennen als de uitstulping", opmerkingen Pablo G. Pérez González, een onderzoeker bij het CAB, en hoofdonderzoeker van het SHARDS-project, die essentiële gegevens voor dit onderzoek opleverden. In de woorden van Antonio Cabrera, het hoofd Science Operations bij de GTC, "SHARDS is een perfect voorbeeld van wat mogelijk is door de combinatie van de enorme opvangcapaciteit van de GTC en de buitengewone omstandigheden in het Roque de los Muchachos Observatorium, om 180 uur aan gegevens te produceren met zo'n uitstekende beeldkwaliteit, essentieel voor de detectie van de hier geanalyseerde objecten".

Zoals beschreven door Paola Dimauro, een onderzoeker bij het Nationaal Observatorium van Brazilië en een co-auteur van dit artikel, "Deze studie heeft ons in staat gesteld om de morfologische evolutie en de geschiedenis van de assemblage van de structurele componenten van de sterrenstelsels te onderzoeken, analoog aan archeologische studies, het analyseren van de informatie die is gecodeerd in de miljoenen sterren van elk sterrenstelsel. Het interessante was om te ontdekken dat niet alle structuren tegelijkertijd werden gevormd, of op dezelfde manier".

De resultaten van deze studie hebben de waarnemers in staat gesteld om een ​​merkwaardige parallel vast te stellen tussen de vorming en de evolutie door de tijd van de schijfstelselstudies en de creatie en ontwikkeling van een grote stad door de eeuwen heen. Net zoals we ontdekken dat sommige grote steden historische centra hebben, die ouder zijn en de oudste gebouwen huisvesten in rommelige smalle straatjes, de resultaten van dit werk suggereren dat sommige centra van massieve schijfsterrenstelsels enkele van de oudste sferoïden herbergen die in het heelal zijn gevormd, die zijn doorgegaan met het verwerven van materiaal, het vormen van schijven langzamer, de nieuwe stadsrand in onze analogie.