Dankzij recente verbeteringen in ruimtetelescopen en op de grond gebaseerde telescopen, hebben astronomen dieper dan ooit tevoren het universum kunnen onderzoeken. Door miljarden jaren terug in de tijd te kijken, kunnen we onze theorieën over de geschiedenis van galactische vorming en evolutie testen. Helaas is het bestuderen van het zeer vroege heelal een ontmoedigende taak, en een taak die de mogelijkheden van onze huidige instrumenten te boven gaat.
Maar door de kracht van de Hubble-ruimtetelescoop te combineren met een techniek die bekend staat als zwaartekrachtlensing, deed een team van astronomen de eerste ontdekking van een compact sterrenstelsel dat slechts een paar miljard jaar na de oerknal geen sterren meer maakte. De ontdekking van zo'n sterrenstelsel dat zo vroeg in het heelal bestond, is ongekend en vormt een grote uitdaging voor de theorieën over hoe massieve sterrenstelsels ontstaan en evolueren.
Hun bevindingen werden gerapporteerd in een studie getiteld "A Massive, Dead Disk Galaxy in the Early Universe", die verscheen in het nummer van 22 juni van het tijdschrift. Natuur.Zoals in de studie werd aangegeven, vertrouwde het team op gegevens van Hubble die ze combineerden met gravitatielensing - waar een enorme cluster van sterrenstelsels beelden van verder weg gelegen sterrenstelsels vergroot en uitrekt - om het verre sterrenstelsel dat bekend staat als MACS 2129-1 te bestuderen.
Wat ze vonden was totaal onverwacht. Gezien de leeftijd van de melkweg - gedateerd op slechts drie miljard jaar na de oerknal - verwachtten ze een chaotische bal van sterren te zien ontstaan door het samensmelten van vroege sterrenstelsels. In plaats daarvan merkten ze op dat de melkweg, die schijfvormig was (zoals de Melkweg), in feite dood was - wat betekent dat de stervorming daarbinnen al was opgehouden.
Dit was een verrassing, aangezien astronomen dit niet zo vroeg in het heelal hadden verwacht. Bovendien was het de eerste keer dat er direct bewijs werd verkregen dat laat zien hoe tenminste enkele van de vroegste "dode" sterrenstelsels in het heelal evolueerden van schijfvormige objecten tot de gigantische elliptische sterrenstelsels die we regelmatig in het Space Magazine zien .
Zoals Sune Toft - een onderzoeker van het Dark Cosmology Center van het Niels Bohr Institute en de hoofdauteur van de studie - uitlegde, kan dit een heroverweging van hoe sterrenstelsels in het vroege heelal evolueren, afdwingen:
"Dit nieuwe inzicht kan ons ertoe dwingen de hele kosmologische context te heroverwegen van hoe sterrenstelsels vroeg opbranden en evolueren naar lokale elliptische sterrenstelsels. Misschien zijn we blind geweest voor het feit dat vroege" dode "sterrenstelsels in feite schijven zouden kunnen zijn, gewoon omdat we ze niet hebben kunnen oplossen. '
In eerdere studies werd aangenomen dat verre dode sterrenstelsels qua structuur vergelijkbaar waren met de lokale elliptische sterrenstelsels waarin ze uiteindelijk evolueerden. Voorafgaand aan deze studie was bevestiging van deze hypothese niet mogelijk omdat de huidige instrumenten niet krachtig genoeg zijn om zo ver de ruimte in te kijken. Maar door de kracht van gravitationele lensing te combineren met de hoge resolutie van Hubble, konden Toft en zijn team dit dode sterrenstelsel duidelijk zien.
Door rotatiesnelheidsmetingen van de Very Large Telescope (VLT) van ESO te combineren met archiefgegevens van de Cluster Lensing And Supernova-enquête met Hubble (CLASH), konden ze de grootte van de melkweg, de massa en de leeftijd bepalen, evenals de (opgeheven) ) snelheid van stervorming. Uiteindelijk ontdekten ze dat het verre sterrenstelsel drie keer zo groot is als de Melkweg, maar slechts half zo groot, en meer dan twee keer zo snel draait.
Waarom dit sterrenstelsel geen sterren meer vormt, is nog onbekend en zal vervolgonderzoeken vereisen met meer geavanceerde instrumenten. Maar ondertussen zijn er enkele mogelijke theorieën. Het kan bijvoorbeeld het resultaat zijn van een actieve galactische kern, waar een superzwaar zwart gat in het centrum van MACS 2129-1 de stervorming remde door het gas van de melkweg te verhitten en uit de melkweg te verdrijven.
Of het kan het gevolg zijn van het stromen van koud gas naar het centrum van de melkweg waar het snel werd verwarmd en gecomprimeerd, waardoor het niet kon afkoelen en stervormende wolken kon vormen. Maar als het erom gaat hoe dit soort vroege, dode sterrenstelsels hadden kunnen leiden tot de elliptische sterrenstelsels die we tegenwoordig zien, denken Toft en zijn collega's dat ze het antwoord weten. Zoals hij uitlegde, zou het kunnen zijn door fusies:
'Als deze sterrenstelsels groeien door samen te smelten met kleine metgezellen, en deze kleine metgezellen komen in grote aantallen en vanuit allerlei verschillende hoeken naar de melkweg, dan zou dit uiteindelijk de banen van sterren in de sterrenstelsels willekeurig maken. U kunt zich ook grote fusies voorstellen. Dit zou zeker ook de geordende beweging van de sterren vernietigen. ”
In de komende jaren hopen Toft en zijn team te profiteren van de James Webb-telescoop (die in 2018 wordt gelanceerd) om te zoeken naar meer vroege dode sterrenstelsels, in de hoop dat het licht kan werpen op de onopgeloste vragen die deze ontdekking oproept. En met het vermogen dieper de ruimte in te tasten, verwachten astronomen dat er nog veel meer zal worden onthuld over het vroege heelal.
