Met behulp van meerdere radiotelescopen over de hele wereld heeft een team van astronomen van het Cosmic Dawn Center, Kopenhagen, verschillende sterrenstelsels in het vroege heelal ontdekt die door enorme hoeveelheden stof aan ons zicht waren onttrokken. Dankzij de waarnemingen kon het team de temperatuur en dikte van het stof meten, wat aantoont dat dit type sterrenstelsels aanzienlijk bijdroeg aan de totale stervorming toen het universum slechts 1/10 van zijn huidige leeftijd was.

Het meten van de snelheid waarmee sterren in sterrenstelsels in de kosmische tijd worden geboren, is een van de fundamentele manieren waarop astronomen de eigenschappen en de evolutie van sterrenstelsels beschrijven.

Er worden verschillende methoden gebruikt om deze zogenaamde stervormingssnelheid te schatten, meestal afhankelijk van het licht dat wordt uitgestraald door de sterren of door de materie die door de sterren wordt verlicht.

Kosmisch stof

De gevormde sterren hebben echter de neiging om op hun beurt stofdeeltjes te creëren die zijn gemaakt van zware elementen zoals koolstof, silicium, zuurstof en ijzer. Het stof verschijnt als dikke wolken in de ruimte tussen de sterren en verbergt de sterren mogelijk volledig voor onze ogen.

Dit maakt het moeilijk om een ​​telling van de stervormingssnelheid te krijgen, vooral in jonge, "starburst" -sterrenstelsels, waar het stof nog niet de tijd heeft gehad om ver van de compacte plaatsen van stervorming te verspreiden.

Terwijl het stof door de sterren wordt verwarmd, begint het te gloeien in infrarood licht met lange golflengte dat, hoewel onzichtbaar voor het menselijk oog, kan worden gedetecteerd door telescopen die zijn ontworpen om deze golflengten waar te nemen.

Maar voor de meest compacte, met stof omhulde starbursts, zien we alleen het oppervlak van de wolken. Deze sterrenstelsels zijn niet alleen onzichtbaar bij de 'menselijk waarneembare' optische golflengten, maar ook aan het begin van het infraroodspectrum, volkomen donker zelfs voor de Hubble-ruimtetelescoop.

Galaxies op de radio

Een team van astronomen - onder leiding van Shuowen Jin (靳硕文), Marie Curie postdoc fellow bij het Cosmic Dawn Center, en met inbegrip van verschillende andere DAWNers - besloot daarom om het vroege heelal op nog langere golflengten te bekijken, met behulp van de radio/microgolfantennes op twee van 's werelds grootste radio-observatoria, de Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chili en de Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) in Frankrijk.

Samen met waarnemingen van hetzelfde veld aan de hemel, verkregen met andere radiotelescopen, onthulden de waarnemingen van Jin een populatie van compacte starburst-sterrenstelsels, gehuld in extreem dikke stofwolken.

Piercing door de wolken

Dankzij de radio- en microgolfwaarnemingen konden de astronomen de stervormingssnelheid en de temperatuur van het stof meten.

"In deze tijdperken, 1-2 miljard jaar na de oerknal, hebben sterrenstelsels zoals deze aanzienlijk bijgedragen aan de totale stervormingssnelheid van het universum, maar ze gaan onopgemerkt voorbij in optische en nabij-infraroodwaarnemingen", zegt Shuowen Jin.

De studie verklaart waarom deze sterrenstelsels zo donker zijn in optisch en infrarood:"Omdat de stofwolken zo dik en dicht zijn, kan optisch en nabij-infrarood licht er niet doorheen reizen. Zelfs het ver-infrarode licht wordt gedeeltelijk geabsorbeerd", legt Shuowen Jin uit.

De waarnemingen onthullen niet alleen stof, maar ook monoxidemoleculen (CO), vermengd in de wolken. Het door CO uitgestraalde licht kan astronomen helpen om een ​​andere belangrijke hoeveelheid sterrenstelsels te onderzoeken, namelijk de massa van al het gas in de melkweg. Een van de belangrijkste resultaten van het werk van Jin en zijn medewerkers is echter dat de standaardmanier om gasmassa's af te leiden uit CO-emissie onjuist is:

Het waargenomen licht wordt uitgezonden vanaf de oppervlakken van de stoffige wolken. Typische modellen houden er geen rekening mee dat licht in de wolken wordt geblokkeerd en van golflengte verandert voordat het ontsnapt. Rekening houden met dit effect heeft nogal drastische implicaties:

"Ons model houdt rekening met het feit dat zelfs het infrarode licht niet rechtstreeks uit het centrum van de stofwolken ontsnapt. Dit toont ons aan dat eerdere schattingen van gasmassa's met een factor 2-3 zijn overschat in compacte, stoffige, ster- sterrenstelsels vormen", legt Shuowen Jin uit.

De studie is zojuist geaccepteerd voor publicatie in Astronomy &Astrophysics . Een preprint is beschikbaar op arXiv.org. + Verder verkennen

Nieuwe afbeeldingen met behulp van gegevens van gepensioneerde telescopen onthullen verborgen kenmerken in naburige sterrenstelsels