Ongeveer 400 miljoen jaar na de geboorte van ons heelal begonnen de eerste sterren zich te vormen. De zogenaamde donkere middeleeuwen van het universum kwamen tot een einde en een nieuw met licht gevuld tijdperk begon. Steeds meer sterrenstelsels begonnen vorm te krijgen en dienden als fabrieken voor het produceren van nieuwe sterren, een proces dat ongeveer 4 miljard jaar na de oerknal een hoogtepunt bereikte.

Gelukkig voor astronomen kan dit vervlogen tijdperk worden waargenomen. Ver licht heeft tijd nodig om ons te bereiken, en onze telescopen kunnen licht opvangen dat miljarden jaren geleden door sterrenstelsels en sterren werd uitgestraald (ons universum is 13,8 miljard jaar oud). Maar de details van dit hoofdstuk in de geschiedenis van ons universum zijn troebel, aangezien de meeste sterren die worden gevormd zwak zijn en door stof worden verborgen.

Een nieuw Caltech-project, COMAP (CO Mapping Array Project) genaamd, zal ons een nieuwe kijk geven in dit tijdperk van de assemblage van sterrenstelsels, en helpen bij het beantwoorden van vragen over wat werkelijk de oorzaak was van de snelle toename van de productie van sterren in het universum.

"De meeste instrumenten kunnen het topje van een ijsberg zien als ze naar sterrenstelsels uit deze periode kijken", zegt Kieran Cleary, hoofdonderzoeker van het project en associate director van Caltech's Owens Valley Radio Observatory (OVRO). "Maar COMAP zal zien wat eronder ligt, aan het zicht onttrokken."

De huidige fase van het project maakt gebruik van een 10,4 meter lange "Leighton"-radioschotel bij OVRO om de meest voorkomende soorten stervormende sterrenstelsels te bestuderen, verspreid over ruimte en tijd, inclusief die welke op andere manieren te moeilijk te zien zijn omdat ze te vaag of verborgen door stof. De radiowaarnemingen traceren de grondstof waaruit sterren worden gemaakt:koud waterstofgas. Dit gas is niet gemakkelijk direct te lokaliseren, daarom meet COMAP heldere radiosignalen van koolmonoxide (CO)-gas, dat altijd samen met waterstof aanwezig is. De radiocamera van COMAP is de krachtigste die ooit is gebouwd om deze radiosignalen te detecteren.

De eerste wetenschappelijke resultaten van het project zijn zojuist gepubliceerd in zeven artikelen in The Astrophysical Journal . Op basis van waarnemingen die een jaar in een gepland vijfjarig onderzoek zijn gedaan, heeft COMAP bovengrenzen vastgesteld voor de hoeveelheid koud gas die aanwezig moet zijn in sterrenstelsels in het tijdperk dat wordt bestudeerd, inclusief degene die normaal gesproken te zwak en stoffig zijn om te zien. Hoewel het project het CO-signaal nog niet rechtstreeks heeft gedetecteerd, tonen deze vroege resultaten aan dat het op schema ligt om dit tegen het einde van het eerste vijfjarige onderzoek te doen en uiteindelijk het meest uitgebreide beeld tot nu toe van de geschiedenis van het universum zal schetsen van stervorming.

"Als we kijken naar de toekomst van het project, willen we deze techniek gebruiken om achtereenvolgens steeds verder terug in de tijd te kijken", zegt Cleary. "Vanaf 4 miljard jaar na de oerknal, zullen we blijven terugdringen in de tijd tot we het tijdperk van de eerste sterren en sterrenstelsels bereiken, een paar miljard jaar eerder."

Anthony Readhead, de co-hoofdonderzoeker en emeritus hoogleraar astronomie Robinson, zegt dat COMAP niet alleen het eerste tijdperk van sterren en sterrenstelsels zal meemaken, maar ook hun epische ondergang. "We zullen stervorming zien stijgen en dalen als een oceaangetijde", zegt hij.

COMAP werkt door het vastleggen van wazige radiobeelden van clusters van sterrenstelsels over kosmische tijd in plaats van scherpe beelden van individuele sterrenstelsels. Deze wazigheid stelt de astronomen in staat om efficiënt al het radiolicht te vangen dat afkomstig is van een grotere pool van sterrenstelsels, zelfs de zwakste en stoffigste die nog nooit zijn gezien.

"Op deze manier kunnen we de gemiddelde eigenschappen van typische, zwakke sterrenstelsels vinden zonder heel precies te hoeven weten waar een afzonderlijk sterrenstelsel zich bevindt", legt Cleary uit. "Dit is als het vinden van de temperatuur van een grote hoeveelheid water met een thermometer in plaats van de bewegingen van de individuele watermoleculen te analyseren."

Een samenvatting van de nieuwe bevindingen verschijnt in The Astrophysical Journal . + Verder verkennen

Radio- en microgolven onthullen de ware aard van donkere sterrenstelsels in het vroege heelal