Naarmate telescopen geavanceerder en krachtiger zijn geworden, zijn astronomen in staat om steeds verder verwijderde sterrenstelsels te detecteren. Dit zijn enkele van de vroegste sterrenstelsels die zich in ons universum hebben gevormd en die zich van ons begonnen terug te trekken naarmate het universum uitdijde. Sterker nog, hoe groter de afstand, hoe sneller een sterrenstelsel van ons lijkt weg te bewegen. Interessant is dat we kunnen schatten hoe snel een melkwegstelsel beweegt, en op zijn beurt, wanneer het werd gevormd op basis van hoe "roodverschoven" zijn emissie lijkt. Dit is vergelijkbaar met een fenomeen dat het Doppler-effect wordt genoemd, waarbij objecten die zich van een waarnemer af bewegen, het licht uitzenden dat lijkt te zijn verschoven naar langere golflengten (vandaar de term "roodverschuiving") naar de waarnemer.

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-telescoop, gelegen in het midden van de Atacama-woestijn in Chili, is bijzonder geschikt voor het waarnemen van dergelijke roodverschuivingen in de emissies van sterrenstelsels. Onlangs heeft een team van internationale onderzoekers, waaronder professor Akio Inoue en afgestudeerde student Tsuyoshi Tokuoka van Waseda University, Japan; Dr. Takuya Hashimoto aan de Universiteit van Tsukuba, Japan; Professor Richard S. Ellis aan het University College London; en Dr. Nicolas Laporte, een onderzoeker aan de Universiteit van Cambridge, VK, heeft roodverschoven emissies waargenomen van een ver sterrenstelsel, MACS1149-JD1 (hierna JD1), wat hen tot enkele interessante conclusies heeft geleid. "Afgezien van het vinden van hoge roodverschuiving, namelijk zeer verre melkwegstelsels, biedt het bestuderen van hun interne beweging van gas en sterren de motivatie om het proces van melkwegvorming in het vroegst mogelijke universum te begrijpen", legt Ellis uit. De bevindingen van hun onderzoek zijn gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters .

De vorming van sterrenstelsels begint met de ophoping van gas en gaat verder met de vorming van sterren uit dat gas. Na verloop van tijd vordert de stervorming vanuit het centrum naar buiten, ontwikkelt zich een galactische schijf en krijgt de melkweg een bepaalde vorm. Naarmate de stervorming voortduurt, vormen zich nieuwe sterren in de roterende schijf, terwijl oudere sterren in het centrale deel blijven. Door de leeftijd van de stellaire objecten en de beweging van de sterren en het gas in de melkweg te bestuderen, is het mogelijk om het evolutiestadium van de melkweg te bepalen.

Door een reeks waarnemingen uit te voeren over een periode van twee maanden, hebben de astronomen met succes kleine verschillen gemeten in de "roodverschuiving" van positie naar positie binnen de melkweg en ontdekten dat JD1 voldeed aan het criterium voor een melkwegstelsel dat wordt gedomineerd door rotatie. Vervolgens modelleerden ze het sterrenstelsel als een roterende schijf en ontdekten dat het de waarnemingen heel goed reproduceerde. De berekende rotatiesnelheid was ongeveer 50 kilometer per seconde, wat werd vergeleken met de rotatiesnelheid van de Melkwegschijf van 220 kilometer per seconde. Het team heeft ook de diameter van JD1 gemeten op slechts 3000 lichtjaar, veel kleiner dan die van de Melkweg met een diameter van 100.000 lichtjaar.

De betekenis van hun resultaat is dat JD1 verreweg de meest afgelegen is, en daarom de vroegste bron die tot nu toe is gevonden met een roterende schijf van gas en sterren. Samen met soortgelijke metingen van nabije systemen in de onderzoeksliteratuur, heeft dit het team in staat gesteld om de geleidelijke ontwikkeling van roterende sterrenstelsels over meer dan 95% van onze kosmische geschiedenis af te bakenen.

Bovendien was de massa geschat op basis van de rotatiesnelheid van de melkweg in overeenstemming met de stellaire massa die eerder werd geschat op basis van de spectrale handtekening van de melkweg, en kwam voornamelijk van die van "rijpe" sterren die ongeveer 300 miljoen jaar geleden werden gevormd. "Dit laat zien dat de stellaire populatie in JD1 zich in een nog vroeger tijdperk van het kosmische tijdperk heeft gevormd", zegt Hashimoto.

"De rotatiesnelheid van JD1 is veel langzamer dan die in sterrenstelsels in latere tijdperken en in ons sterrenstelsel, en het is waarschijnlijk dat JD1 zich in het beginstadium van het ontwikkelen van een rotatiebeweging bevindt", zegt Inoue. Met de onlangs gelanceerde James Webb Space Telescope zijn de astronomen nu van plan om de locaties van jonge en oudere sterren in de melkweg te identificeren om hun scenario van melkwegvorming te verifiëren en bij te werken.

Nieuwe ontdekkingen zijn zeker aan de horizon. + Verder verkennen

ALMA ontdekt het oudste sterrenstelsel met spiraalmorfologie