Astronomen hebben de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruikt om te zoeken naar een specifiek signaal van een sterrenstelsel dat 13,4 miljard jaar geleden bestond, toen het heelal nog maar 500 miljoen jaar oud was. Hoewel ALMA dit signaal niet kon detecteren, konden de onderzoekers enkele belangrijke eigenschappen van dit sterrenstelsel bepalen door de ‘negatieve’ resultaten van hun zoektocht te bestuderen.

Het signaal waar de astronomen naar op zoek waren heet de roodverschoven 21 centimeter lijn, die wordt uitgezonden door neutraal waterstofgas. Dit gas was heel gebruikelijk in het vroege heelal, voordat sterren en sterrenstelsels de kans kregen om waterstof te vormen en om te zetten in andere elementen. Door de lijn van 21 centimeter te detecteren, kunnen astronomen meer te weten komen over de eigenschappen van het neutrale waterstofgas en de omstandigheden in het vroege heelal.

In dit geval zochten de astronomen naar de 21-centimeterlijn van een sterrenstelsel genaamd MACS1149-JD1, het meest verre sterrenstelsel dat tot nu toe bekend is. Het sterrenstelsel staat zo ver weg dat het licht ervan 13,4 miljard jaar heeft gereisd om de aarde te bereiken. Tegen de tijd dat het licht van MACS1149-JD1 werd uitgezonden, was het heelal slechts 500 miljoen jaar oud.

ALMA is de krachtigste telescoop ter wereld voor het bestuderen van de 21 centimeter-lijn. Zelfs ALMA kon het signaal van MACS1149-JD1 echter niet detecteren. Dit betekent dat het neutrale waterstofgas in het sterrenstelsel erg koud en compact moet zijn. De astronomen schatten dat de gastemperatuur slechts 20 Kelvin bedraagt ​​(ongeveer -253 graden Celsius) en dat de dichtheid ongeveer 100 keer hoger is dan de dichtheid van waterstofgas in het Melkwegstelsel.

Het niet detecteren van de 21-centimeterlijn van MACS1149-JD1 levert belangrijke informatie op over de eigenschappen van de eerste sterrenstelsels. Het suggereert dat deze sterrenstelsels erg koud en dicht waren, en dat ze nog geen sterren aan het vormen waren. Deze informatie helpt astronomen te begrijpen hoe sterrenstelsels zich in het vroege heelal ontwikkelden.