Ze zijn daarbuiten; kleine, extreem zwakke en ongelooflijk oude dwergstelsels met zo weinig sterren dat wetenschappers ze ‘spookstelsels’ noemen. De Hubble-ruimtetelescoop van NASA maakte beelden van drie van deze kleine melkwegstelsels in de hoop een mysterie van 13 miljard jaar te ontrafelen.
Astronomen geloven dat deze kleine, spookachtige sterrenstelsels langs het Melkwegstelsel behoren tot de oudste, kleinste en meest ongerepte sterrenstelsels in het heelal. Uit Hubble-opnamen blijkt dat hun sterren dezelfde geboortedatum delen. De sterrenstelsels begonnen allemaal meer dan 13 miljard jaar geleden sterren te vormen, maar stopten toen abrupt binnen slechts een miljard jaar nadat het heelal was geboren.
"Deze sterrenstelsels zijn allemaal oud en ze zijn allemaal van dezelfde leeftijd, dus je weet dat er iets naar beneden kwam als een guillotine en tegelijkertijd de stervorming in deze sterrenstelsels uitschakelde", zei Tom Brown van het Space Telescope Science Institute in Baltimore Md., De leider van de studie. 'De meest waarschijnlijke verklaring is reionisatie.'
De reïonisatie van het heelal begon in de eerste miljard jaar na de oerknal. Gedurende deze tijd sloeg straling van de eerste sterren elektronen van waterstofatomen af, waardoor het waterstofgas werd geïoniseerd. Dit proces maakte het ook mogelijk dat waterstofgas transparant werd voor ultraviolet licht. Ditzelfde proces heeft mogelijk ook het maken van sterren in dwergstelsels verpletterd, zoals in de studie van Brown. Deze sterrenstelsels zijn kleine neefjes van dwergstelsels die sterren maken in de buurt van de Melkweg. En vanwege hun kleine formaat, slechts 2000 lichtjaar in doorsnede, waren ze niet massief genoeg om zichzelf te beschermen tegen het harde ultraviolette licht van het vroege heelal dat hun magere voorraad waterstofgas wegnam, waardoor ze geen nieuwe sterren konden maken.
Astronomen stelden naast de reioniatietheorie vele redenen voor het ontbreken van sterren in deze sterrenstelsels voor. Sommige wetenschappers waren van mening dat interne gebeurtenissen zoals supernova's het gas dat nodig was om nieuwe sterren te creëren, wegblazen. Anderen suggereerden dat de sterrenstelsels hun voorraad waterstofgas gewoon opgebruikten om sterren te maken.
Brown mat de leeftijden van de sterren door te kijken naar hun helderheid en kleuren. De sterpopulaties in deze fossiele sterrenstelsels variëren van een paar honderd tot een paar duizend sterren; sommige zonachtig, sommige rode dwergen en sommige rode sterren groter dan onze zon. Toen er bewijs was dat de sterren inderdaad oud waren, riep Brown de hulp in van Hubble's geavanceerde camera voor enquêtes om diep in zes sterrenstelsels te graven om te bepalen wanneer ze werden geboren. Tot dusver is het team klaar met het analyseren van gegevens voor drie; Hercules, Leo IV en Ursa Major. De sterrenstelsels liggen tussen 330.000 lichtjaar en 490.000 lichtjaar. Ter vergelijking vergeleek Brown de sterren van de sterrenstelsels met die van M92, een 13 miljard jaar oude bolhoop op ongeveer 26.000 lichtjaar van de aarde. Hij ontdekte dat ze ongeveer even oud waren.
'Dit zijn de fossielen van de vroegste sterrenstelsels in het universum', zei Brown. "Ze zijn in miljarden jaren niet veranderd. Deze sterrenstelsels zijn anders dan de meeste nabijgelegen sterrenstelsels, die een lange geschiedenis van stervorming hebben. '
De ontdekking van Brown zou kunnen helpen bij het verklaren van het zogenaamde 'ontbrekende satellietprobleem'. Astronomen hebben slechts enkele tientallen dwergstelsels rond de Melkweg waargenomen, terwijl computersimulaties voorspellen dat er duizenden zouden moeten bestaan. Maar misschien bestaan ze wel. De Sloan-enquête vond meer dan een dozijn kleine, door sterren uitgehongerde sterrenstelsels in de buurt van de Melkweg terwijl ze slechts een deel van de hemel aftasten. Astronomen denken dat nog tientallen ultrafijne sterrenstelsels onopgemerkt op de loer liggen met de mogelijkheid dat duizenden nog kleinere dwergen vrijwel geen sterren bevatten.
De kleine sterrenstelsels zijn misschien verstoken van sterren, maar ze hebben nog steeds een overvloed aan donkere materie, het raamwerk waarop sterrenstelsels zijn gebouwd. Normale dwergstelsels in de buurt van de Melkweg bevatten tien keer meer donkere materie dan gewone zichtbare materie. Brown legt uit dat deze kleine sterrenstelsels nu eilanden zijn van voornamelijk donkere materie, miljarden jaren lang ongezien totdat astronomen ze in de Sloan Survey begonnen te vinden.
De resultaten van Brown verschijnen in het nummer van 1 juli van de Astrophysical Journal Letters.
Bijschrift afbeelding 1: Deze Hubble-afbeeldingen tonen het vage, met sterren uitgehongerde dwergstelsel Leo IV. De afbeelding links toont een deel van de melkweg, omlijnd door het witte rechthoekige vak. De doos meet 83 lichtjaar breed en 163 lichtjaar lang. De paar sterren in Leo IV zijn verloren te midden van naburige sterren en verre sterrenstelsels. In de middelste afbeelding wordt een close-up van de achtergrondstelsels in de doos weergegeven. De afbeelding rechts toont alleen de sterren in Leo IV. De melkweg, die enkele duizenden sterren bevat, is samengesteld uit zonachtige sterren, zwakkere, rode dwergsterren en enkele rode reuzensterren die helderder zijn dan de zon. Credit: NASA, ESA en T. Brown (STScI)
Bijschrift afbeelding 2: Deze computersimulaties tonen een zwerm donkere materie-klontjes rond ons Melkwegstelsel. Sommige concentraties van donkere materie zijn massief genoeg om stervorming te veroorzaken. Duizenden bosjes donkere materie bestaan naast ons Melkwegstelsel, weergegeven in het midden van het bovenpaneel. De groene vlekken in het middelste paneel zijn die donkere materie-brokken die massief genoeg zijn om gas uit het intergalactische medium te halen en voortdurende stervorming teweeg te brengen, waardoor uiteindelijk dwergstelsels ontstaan. In het onderste paneel zijn de rode klodders ultrafijne dwergstelsels die lang geleden geen sterren meer vormden. Brown en J. Tumlinson (STScI)
