Een grondig begrip van de evolutie van sterrenstelsels hangt gedeeltelijk af van een nauwkeurige meting van de overvloed aan metalen in het intergalactische medium - de ruimte tussen sterren - maar stof kan waarnemingen in optische golflengten belemmeren. Een internationaal team van astronomen aan de Universiteit van Californië, Irvine, de Universiteit van Oxford in Engeland en andere instellingen hebben bewijs gevonden voor zwaardere elementen in lokale sterrenstelsels - die in eerdere studies een tekort vertoonden - door infraroodgegevens te analyseren die tijdens een meerjarige campagne waren verzameld.

Voor een recent gepubliceerd artikel in Nature Astronomy, de onderzoekers onderzochten vijf sterrenstelsels die zwak zijn in zichtbare golflengten maar biljoenen keren helderder zijn dan de zon in het infrarood. Interacties tussen deze sterrenstelsels en naburige sterrenstelsels zorgen ervoor dat gas rondschuift en instort, wat de voorwaarden creëert voor wonderbaarlijke stervorming.

"Bij het bestuderen van het gasgehalte van deze sterrenstelsels met optische instrumenten, waren astronomen ervan overtuigd dat ze aanzienlijk metaalarm waren in vergelijking met andere sterrenstelsels met een vergelijkbare massa", zegt hoofdauteur Nima Chartab, postdoctoraal UCI-wetenschapper in natuurkunde en astronomie. "Maar toen we emissielijnen van deze stoffige sterrenstelsels in infrarode golflengten observeerden, kregen we een duidelijk beeld van hen en vonden we geen significant metaaltekort."

Om de overvloed aan gasfasemetalen in het intergalactische medium te bepalen, probeerden de astronomen gegevens te verzamelen over de verhoudingen van proxy's, zuurstof en stikstof, omdat infraroodemissies van deze elementen minder worden verduisterd door galactisch stof.

"We zijn op zoek naar bewijs van baryoncycli waarin sterren elementen zoals waterstof en helium verwerken om koolstof, stikstof en zuurstof te produceren", zegt co-auteur Asantha Cooray, UCI-hoogleraar natuurkunde en astronomie. "De sterren gaan uiteindelijk supernova's en blazen op en dan wordt al dat gas aan de rand van de sterren omgezet in wolken die rondgeslingerd worden. Het materiaal erin is los en diffuus, maar uiteindelijk door zwaartekrachtverstoringen veroorzaakt door andere sterren die ronddraaien, het gas zal gaan klonteren en instorten, wat leidt tot de vorming van nieuwe sterren."

Het observeren van dit proces in infrarode golflengten is een uitdaging voor astronomen omdat waterdamp in de atmosfeer van de aarde de straling in dit deel van het elektromagnetische spectrum blokkeert, waardoor metingen van zelfs de grondtelescopen op de hoogste hoogte - zoals die van het Keck Observatorium in Hawaï - onvoldoende zijn.

Een deel van de dataset die door het team werd gebruikt, was afkomstig van de inmiddels gepensioneerde Herschel Space Telescope, maar Herschel was niet uitgerust met een spectrometer die een specifieke emissielijn kon lezen die het door de UCI geleide team nodig had voor zijn onderzoek. De oplossing van de onderzoekers was om de lucht in te gaan - tot meer dan 45.000 voet boven de zeespiegel - in het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, NASA's Boeing 747 uitgerust met een 2,5-meter telescoop.

"Het kostte ons bijna drie jaar om alle gegevens te verzamelen met behulp van NASA's SOFIA-observatorium, omdat deze vluchten niet de hele nacht duren; ze zijn meer in het bereik van 45 minuten observatietijd, dus de studie kostte veel vlucht planning en coördinatie," zei Cooray.

Door infraroodemissies te analyseren, konden de onderzoekers de metalliciteit van hun doel-ultralumineuze infraroodstelsels vergelijken met minder stoffige sterrenstelsels met vergelijkbare massa- en stervormingssnelheden. Chartab legde uit dat deze nieuwe gegevens aantonen dat ultralumineuze infraroodstelsels in overeenstemming zijn met de fundamentele metalliteitsrelatie die wordt bepaald door stellaire massa, metaaldichtheid en stervormingssnelheid.

De nieuwe gegevens laten verder zien dat de overvloed aan metalen afkomstig van optische emissielijnen waarschijnlijk te wijten is aan "zware stofverduistering geassocieerd met starburst", aldus de krant.

"Deze studie is een voorbeeld waarbij het voor ons van cruciaal belang was om deze infraroodgolflengte te gebruiken om een ​​volledig begrip te krijgen van wat er in sommige van deze sterrenstelsels aan de hand is", zei Cooray. "Toen de optische waarnemingen aanvankelijk suggereerden dat deze sterrenstelsels lage metalen hadden, gingen theoretici papers schrijven, er waren veel simulaties die probeerden uit te leggen wat er aan de hand was. Mensen dachten:'Misschien zijn het echt laag-metalen sterrenstelsels'. maar we ontdekten dat dat niet het geval was. Een volledig beeld van het universum over het hele elektromagnetische spectrum is echt cruciaal, denk ik." + Verder verkennen

De ver-infrarode emissie van sterrenstelsels met actieve superzware zwarte gaten