Net als een locatie uit Star Wars, is dit cluster van sterrenstelsels ver, ver weg en van oorsprong lang, lang geleden. Het is maar liefst 9,6 miljard lichtjaar verwijderd en röntgen- en infraroodwaarnemingen tonen aan dat de cluster overwegend oude, massieve sterrenstelsels herbergt. Dit betekent dat de sterrenstelsels zijn gevormd toen het heelal nog erg jong was, dus het vinden van dit cluster en het kunnen zien, levert niet alleen nieuwe informatie op over de vroege evolutie van de melkwegstelsels, maar ook over de geschiedenis van het heelal als geheel.
Een internationaal team van astronomen van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, de University of Tokyo en de Kyoto University ontdekte dit cluster met behulp van de Subaru-telescoop samen met het XMM-Newton-sterrenwacht om in verschillende golflengten te kijken.
Met behulp van de Multi-Object Infrared Camera and Spectrometer (MOIRCS) op de Subaru-telescoop kon het team kijken in nabij-infrarode golflengten, waar de sterrenstelsels het meest oplichten.
“Het MOIRCS-instrument heeft een buitengewoon krachtig vermogen om afstanden tot sterrenstelsels te meten. Dit maakte onze uitdagende observatie mogelijk ”, zegt Masayuki Tanaka van de Universiteit van Tokyo. "Hoewel we op die afstand slechts enkele massieve sterrenstelsels hebben bevestigd, is er overtuigend bewijs dat de cluster een echte, door zwaartekracht gebonden cluster is."
Net als een contourkaart geven de pijlen in de afbeelding hierboven sterrenstelsels aan die zich waarschijnlijk op dezelfde afstand bevinden, geclusterd rond het midden van de afbeelding. De contouren geven de röntgenstraling van het cluster aan. Melkwegstelsels met bevestigde afstandsmetingen van 9,6 miljard lichtjaar worden omcirkeld. De combinatie van röntgendetectie en het verzamelen van enorme sterrenstelsels bewijst ondubbelzinnig een echt, door zwaartekracht gebonden cluster.
Dat de afzonderlijke sterrenstelsels inderdaad door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden, wordt bevestigd door waarnemingen in een heel ander golflengteregime: de materie tussen de sterrenstelsels in clusters wordt verhit tot extreme temperaturen en zendt licht uit op veel kortere golflengten dan zichtbaar voor het menselijk oog. Het team gebruikte daarom het XMM-Newton-ruimteobservatorium om deze straling in röntgenstralen te zoeken.
"Ondanks de moeilijkheden bij het verzamelen van röntgenfotonen met een kleine effectieve telescoopgrootte vergelijkbaar met de grootte van een achtertuintelescoop, hebben we een duidelijke handtekening van heet gas in de cluster gedetecteerd", zegt Alexis Finoguenov van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.
De combinatie van deze verschillende waarnemingen in wat voor het menselijk oog onzichtbare golflengten zijn, leidde tot de baanbrekende ontdekking van de melkwegcluster op een afstand van 9,6 miljard lichtjaar - zo'n 400 miljoen lichtjaar verder in het verleden dan de voorheen meest verre cluster die bekend is.
Een analyse van de verzamelde gegevens over de afzonderlijke sterrenstelsels toont aan dat de cluster al een overvloed aan geëvolueerde, massieve sterrenstelsels bevat die zo'n twee miljard jaar eerder zijn gevormd. Aangezien de dynamische processen voor de veroudering van sterrenstelsels traag zijn, vereist de aanwezigheid van deze sterrenstelsels de clusterassemblage door samenvoeging van massieve groepen sterrenstelsels, die elk hun dominante sterrenstelsel voeden. De cluster is daarom een ideaal laboratorium om de evolutie van sterrenstelsels te bestuderen, toen het heelal nog maar ongeveer een derde van zijn huidige leeftijd was.
Aangezien verre clusters van sterrenstelsels ook belangrijke tracers zijn van de grootschalige structuur en fluctuaties in de oerdichtheid van het heelal, zullen soortgelijke waarnemingen in de toekomst leiden tot belangrijke informatie voor kosmologen. De resultaten die tot dusver zijn verkregen, tonen aan dat de huidige nabij-infraroodvoorzieningen in staat zijn om een gedetailleerde analyse te maken van verre melkwegpopulaties en dat de combinatie met röntgengegevens een krachtig nieuw hulpmiddel is. Het team zet daarom de zoektocht naar verder weg gelegen clusters voort.
Bron: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
