Met behulp van de Very Large Telescope en de radiotelescoop ALMA in Chili heeft een team van astronomen, waaronder onderzoekers van het Niels Bohr Instituut, een zwerm sterrenstelsels ontdekt die rond de omgeving van een hyperlicht en krachtig stervormend sterrenstelsel in het vroege heelal cirkelen. De waarneming geeft belangrijke aanwijzingen over hoe uitzonderlijk heldere sterrenstelsels groeien en hoe ze evolueren tot energetische quasars, die licht over het grootste deel van het waarneembare heelal uitstralen.

Een fundamentele kwestie in de astronomie is de vraag hoe sterrenstelsels ontstaan, groeien en evolueren.

Als onderdeel van hun evolutie lijken de meeste sterrenstelsels een superzwaar zwart gat in hun centrum te bevorderen. Deze zwaartekrachtmonsters slikken af ​​en toe nabijgelegen gas en sterren in en spuwen overtollige energie uit als krachtige jets, een fenomeen dat bekend staat als een quasar.

Van sterrenstelsel tot quasar

Veel details over de overgang van "normale" sterrenstelsels naar quasars zijn nog onbekend. Maar in een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Communications , is een team van astronomen onder leiding van Michele Ginolfi van ESO, Garching, misschien een stap dichter bij het begrijpen van deze evolutie gekomen.

"Voordat ze evolueren naar een volwaardige quasar, wordt aangenomen dat sommige sterrenstelsels een fase doormaken van erg stoffig en erg 'actief' in termen van stervorming en aanwas van gas op hun centrale, superzware zwarte gaten", legt Ginolfi uit. "We wilden een experiment ontwerpen om meer te weten te komen over deze overgangsfase."

Ginolfi en zijn medewerkers richtten zich op een reeds bekend sterrenstelsel, W0410-0913, een van de helderste, meest massieve en gasrijke sterrenstelsels in het verre heelal, 12 miljard jaar terug in de tijd gezien.

Het stof wordt verwarmd door de energie van het sterlicht en het centrale zwarte gat, waardoor het gaat gloeien en het sterrenstelsel door middel van zijn infrarode licht wordt onthuld. Dit heeft ertoe geleid dat dit soort sterrenstelsels door hete stof verduisterde sterrenstelsels worden genoemd (ook wel bekend als "hot DOG's").

Galaxies in 3D

Omdat de evolutie van sterrenstelsels inherent verbonden is met hun omgeving, besloten Ginolfi en zijn team - waarvan de kern enigszins atypisch voornamelijk uit vroege carrière onderzoekers bestond - om W0410-0913 te observeren met het "MUSE" -instrument van de Very Large Telescope (VLT) in Chili . Met deze geavanceerde tool konden ze een gebied bestuderen dat 40 keer groter is dan het sterrenstelsel zelf.

Peter Laursen van het Cosmic Dawn Centre in Kopenhagen nam deel aan het onderzoek. Hij legt uit:"Uit de waarnemingen bleek dat W0410-0913 wordt omringd door een zwerm van niet minder dan 24 kleinere sterrenstelsels. Het leuke van het MUSE-instrument is dat we niet alleen hun positie aan de hemel kunnen meten, maar ook hun afstand langs onze zichtlijn. Met andere woorden, we kunnen hun 3D-posities meten."

Hoewel dit impliceert dat W0410-0913 zich in een gebied bevindt dat minstens tien keer dichter is dan het gemiddelde heelal, is dit niet geheel onverwacht, aangezien men inderdaad denkt dat hot DOG's in dichte omgevingen leven.

Een galactisch auto-ongeluk

Bovendien, terwijl W0410-0913 wordt gezien op een moment dat het universum 1/8 van zijn huidige leeftijd was, is het al tien keer zo massief als ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg. Om zo'n groot sterrenstelsel in zo'n korte tijd te laten groeien en een superzwaar zwart gat te voeden, is wel een substantiële voorraad vers materiaal nodig. Dit past allemaal goed bij het conventionele beeld dat massieve sterrenstelsels groeien door gas- en satellietstelsels aan te groeien, aangetrokken uit de intergalactische ruimte door hun immense zwaartekracht.

In zo'n dichte omgeving wordt zelfs verwacht dat de snelheid van interacties en samensmeltingen van sterrenstelsels erg hoog zal zijn. Blootgesteld aan een dergelijk bombardement, verwachtten de astronomen dat W0410-0913 een autowrak zou zijn van chaotisch wervelende klonten gas en sterren.

Ginolfi en zijn collega's waren echter in staat om de interne beweging van het gas in W0410-0913 te meten door zich te verdiepen in oude waarnemingen van de ALMA-radioantennes die zich op slechts 300 km ten noordoosten van de VLT bevinden.

En hier ontstond een heel ander beeld.

Kiezels naar een ruit gooien

Verrassend genoeg onthulden de ALMA-waarnemingen dat W0410-0913 helemaal niet lijkt te zijn verstoord door interacties met begeleidende sterrenstelsels. Volgens de waarnemingen draait het gas mooi en ordelijk rond het centrale zwarte gat. Ordelijk, maar verbazingwekkend snel, met snelheden tot 500 km/sec.

"Door de resultaten van de twee zeer verschillende telescopen te koppelen, zien we een beeld van hoe de meest massieve en stoffige sterrenstelsels kunnen evolueren. Dit type sterrenstelsels, een essentiële fase in de overgang van een stoffig en stervormend sterrenstelsel naar een quasar, neigt om in zeer dichte omgevingen te groeien", zegt Ginolfi. "Niettemin, ondanks de verwachte frequente samensmelting met andere sterrenstelsels, zijn deze zwaartekrachtinteracties niet noodzakelijk destructief - ze voeden het centrale sterrenstelsel en wervelen het gas een beetje op, maar laten het praktisch intact. glass:you may scratch it, but won't break it…"

Michele Ginolfi's observations offer first clues on the multi-scale process that drive the evolution of the rare and extreme population of hot dust-obscured galaxies. They grow in dense, special habitats, but the interaction with their companions can be gentle.

As a parable to this galactic car crash, the study came close to not being conducted at all, when Michele Ginolfi got stuck in a traffic jam in Rome's traffic, having to submit the proposal using his phone from his car, minutes before the deadline. + Verder verkennen

Supermassive black holes inside dying galaxies detected in early universe