Wanneer astronomen diep in de nachtelijke hemel turen, ze observeren hoe het universum er lang geleden uitzag. Omdat de lichtsnelheid eindig is, Door de verste waarneembare sterrenstelsels te bestuderen, kunnen we een glimp opvangen van miljarden jaren in het verleden, toen het universum nog erg jong was en sterrenstelsels net begonnen waren met het vormen van sterren. Het bestuderen van dit "vroege heelal" is een van de laatste grenzen in de astronomie en is essentieel voor het construeren van nauwkeurige en consistente astrofysische modellen. Een belangrijk doel van wetenschappers is om alle sterrenstelsels in de eerste miljard jaar van de kosmische geschiedenis te identificeren en om de snelheid te meten waarmee sterrenstelsels groeiden door nieuwe sterren te vormen.

Er zijn de afgelopen decennia verschillende pogingen gedaan om verre sterrenstelsels waar te nemen, die worden gekenmerkt door elektromagnetische emissies die sterk roodverschoven worden (verschuiven naar langere golflengten) voordat ze de aarde bereiken. Tot dusver, onze kennis van vroege sterrenstelsels was grotendeels gebaseerd op waarnemingen met de Hubble Space Telescope (HST) en grote telescopen op de grond, die hun ultraviolette (UV) emissie onderzoeken. Echter, onlangs, astronomen zijn begonnen het unieke vermogen van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-telescoop te gebruiken om verre sterrenstelsels op submillimetergolflengten te bestuderen. Dit kan met name handig zijn voor het bestuderen van stoffige sterrenstelsels die in de HST-onderzoeken zijn gemist vanwege de stofabsorberende UV-emissie. Aangezien ALMA waarneemt in submillimetergolflengten, het kan deze sterrenstelsels detecteren door in plaats daarvan de stofemissies te observeren.

In een doorlopend groot programma genaamd REBELS (Reionization-Era Bright Emission Line Survey), astronomen gebruiken ALMA om de emissies van 40 doelstelsels bij kosmische dageraad te observeren. Met behulp van deze dataset, ze hebben onlangs ontdekt dat de gebieden rond sommige van deze sterrenstelsels meer bevatten dan op het eerste gezicht lijkt.

Tijdens het analyseren van de waargenomen gegevens voor twee REBELS-sterrenstelsels, Dr. Yoshinobu Fudamoto van het Research Institute for Science and Engineering aan de Waseda University, Japan, en de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), merkte een sterke emissie op door stof en enkelvoudig geïoniseerde koolstof op posities die substantieel waren verschoven van de oorspronkelijke doelen. Tot zijn verrassing, zelfs zeer gevoelige apparatuur zoals de HST kon geen UV-emissie van deze locaties detecteren. Om deze mysterieuze signalen te begrijpen, Fudamoto en zijn collega's onderzochten de zaken verder.

In hun laatste paper gepubliceerd in Natuur , zij presenteerden een grondige analyse, waaruit blijkt dat deze onverwachte emissies afkomstig waren van twee voorheen onbekende sterrenstelsels die zich in de buurt van de twee oorspronkelijke REBELS-doelen bevonden. Deze sterrenstelsels zijn niet zichtbaar in de UV of zichtbare golflengten omdat ze bijna volledig worden verduisterd door kosmisch stof. Een ervan vertegenwoordigt het verste door stof verduisterde sterrenstelsel dat tot nu toe is ontdekt.

Het meest verrassende aan deze toevallige bevinding is dat de nieuw ontdekte sterrenstelsels, die meer dan 13 miljard jaar geleden ontstonden, zijn helemaal niet vreemd in vergelijking met typische sterrenstelsels in hetzelfde tijdperk. "Deze nieuwe sterrenstelsels werden niet gemist omdat ze extreem zeldzaam zijn, maar alleen omdat ze volledig door stof verduisterd zijn, " legt Fudamoto uit. Echter, het is ongebruikelijk om dergelijke "stoffige" sterrenstelsels te vinden in de vroege periode van het universum (minder dan 1 miljard jaar na de oerknal), wat suggereert dat de huidige telling van vroege melkwegvorming hoogstwaarschijnlijk onvolledig is, en zou vragen om dieper, blinde onderzoeken. "Het is mogelijk dat we tot nu toe één op de vijf sterrenstelsels in het vroege heelal hebben gemist, ' voegt Fudamoto toe.

De onderzoekers verwachten dat de ongekende capaciteit van de James Webb Space Telescope (JWST) en de sterke synergie met ALMA de komende jaren tot aanzienlijke vooruitgang op dit gebied zullen leiden. "Bij het voltooien van onze telling van vroege sterrenstelsels met de momenteel ontbrekende, door stof verduisterde sterrenstelsels, zoals degene die we deze keer vonden, zal in de nabije toekomst een van de belangrijkste doelstellingen zijn van JWST- en ALMA-enquêtes, ", zegt Pascal Oesch van de Universiteit van Genève.

Algemeen, deze studie vormt een belangrijke stap om te ontdekken wanneer de allereerste sterrenstelsels zich in het vroege heelal begonnen te vormen, wat ons op zijn beurt zal helpen begrijpen waar we vandaag staan.