Was het jonge universum dan toch niet zo chaotisch als gedacht?

Met behulp van het Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (kortweg ALMA) hebben onderzoekers een bijzondere ontdekking gedaan. Ze stuitten op een extreem ver sterrenstelsel dat in twee opzichten sterk op het onze lijkt.

Bulge
Het sterrenstelsel in kwestie – dat de weinig tot de verbeelding sprekende naam SPT0418-47 heeft gekregen – staat zo ver weg dat het licht er meer dan 12 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. Dat betekent dat wij het sterrenstelsel zien zoals het er 12 miljard jaar geleden, oftewel slechts 1,4 miljard jaar na de oerknal, uitzag.


En wat we zien, is dat SPT0418-47 op een aantal punten sterk op onze Melkweg lijkt. Zo heeft het sterrenstelsel een roterende schijf én een centrale verdikking (ook wel bulge genoemd). Met name dat laatste is opmerkelijk; nog niet eerder hebben onderzoekers op zo’n grote afstand en dus zo vroeg in de geschiedenis van het universum een bulge gespot. En met deze bulge én de roterende schijf gaat SPT0418-47 voor nu de boeken in als de verste (en oudste) dubbelganger van de Melkweg.

Geen chaos
Wat de ontdekking zo bijzonder maakt, is dat deze in strijd is met alles wat we over sterrenstelsels in het jonge universum dachten te weten. Zo namen astronomen aan dat sterrenstelsels in het vroege heelal onmogelijk konden lijken op de keurig geordende Melkweg of andere gestructureerde nabije sterrenstelsels. De sterrenstelsels in het jonge universum waren immers nog niet volgroeid en dus moesten ze wel chaotisch zijn en de structuren die we in volwassen sterrenstelsels zoals het onze zien, missen. Maar SPT0418-47 veegt die aanname van tafel. “(Het, red.) laat zien dat de structuren die we in nabije spiraalstelsels en in onze eigen Melkweg waarnemen 12 miljard jaar geleden al op hun plek zaten,” vertelt onderzoeker Francesca Rizzo. “Wat we zagen, was nogal raadselachtig,” bevestigt collega Simona Vegetti. “Ondanks dat het in hoog tempo nieuwe sterren vormt, en dus de locatie van zeer energierijke processen is, is SPT0418-47 het meest geordende schijfstelsel dat ooit in het vroege heelal is waargenomen. Dit resultaat komt nogal onverwacht en heeft belangrijke gevolgen voor hoe we denken dat sterrenstelsels zich ontwikkelen.”

De waarnemingen
Normaliter is het zelfs voor krachtige telescopen, zoals ALMA, onmogelijk om een afgelegen sterrenstelsel zoals SPT0418-47 gedetailleerd vast te leggen. De afstand is simpelweg te groot. Om SPT0418-47 toch gedetailleerd te kunnen vastleggen, moesten de onderzoekers dan ook gebruik maken van het zogenoemde zwaartekrachtlenseffect (zie filmpje hieronder). Hierbij wordt het zwaartekrachtveld van een relatief nabij sterrenstelsel gebruikt om het licht van het afgelegen sterrenstelsel af te buigen. Het resultaat is niet alleen een vervormd, maar ook een vergroot beeld van het verre sterrenstelsel.


In dit onderzoek stonden het sterrenstelsel dat dienst deed als ‘lens’ en SPT0418-47 vrijwel op één lijn. Hierdoor zien we het sterrenstelsel dat zich in het jonge universum bevindt, als een ring van licht.

Afbeelding: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.

Met behulp van een computermodel hebben onderzoekers op basis van deze waarnemingen de werkelijke vorm van het verre stelsel en de beweging van gas in het stelsel kunnen reconstrueren.

Afbeelding: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.

Elliptisch stelsel
ALMA onthult zo hoe dit sterrenstelsel er 12 miljard jaar geleden uitzag. Hoewel het op dat moment wel enkele overeenkomsten had met onze Melkweg, zal het zich waarschijnlijk niet ontwikkelen tot een bijna niet van de Melkweg te onderscheiden stelsel. De onderzoekers verwachten dat het uiteindelijk tot de elliptische stelsels gaat behoren. Dit is een ander type sterrenstelsel dat we – naast de spiraalstelsels zoals het onze – tot op de dag van vandaag in het heelal aantreffen.

In de toekomst hopen onderzoekers met krachtigere telescopen – zoals ESO’s Extremely Large Telescope – nog nauwkeuriger onderzoek te kunnen doen naar de sterrenstelsels die het jonge universum bevolkten. En dan zal moeten blijken of SPT0418-47 een uitzondering is of dat jonge sterrenstelsels in het vroege heelal van nature minder chaotisch waren dan nu wordt aangenomen.