Sterrenstelsels zijn ongelijkmatig verdeeld over het heelal. Ze klonteren samen in clusters die duizenden exemplaren kunnen bevatten. De grootste en zwaarste sterrenstelsels in het huidige heelal bevinden zich in het hart van die clusters. Hoe die sterrenstelsels en hun verdeling over het heelal precies ontstaan zijn, vormt in de astronomie een van de belangrijkste onopgeloste problemen. De sleutel tot het raadsel ligt in de periode vrij kort na de Oerknal, toen sterren en sterrenstelsels begonnen samen te klonteren uit het waterstofgas dat de ruimte vulde.
De Leidse astronomen Huub Röttgering, Michiel Reuland en een internationaal team publiceren deze week in Nature waarnemingen die onderzoekers op dit terrein weer wat meer houvast geven. Met de James Clark Maxwell telescoop op Hawaii (een zogeheten submillimeter-telescoop, die straling ziet in het golflengtegebied tussen infrarood en magnetron-straling) betrapten ze niet eerder waargenomen proto-clusters van sterrenstelsels op 10 tot 12 miljard lichtjaar afstand. Vanwege de reistijd van het licht keken ze dus ook 10 tot 12 miljard jaar terug in de tijd, minstens driekwart van de leeftijd van het heelal. Ze richtten de JCMT-telescoop op zeven al bekende, in radiostraling extreem heldere sterrenstelsels. Waarschijnlijk stralen die zoveel energie uit omdat een superzwaar zwart gat in hun kern materie aan het opslokken is. Die energie wordt uitgestoten in de vorm van twee jets.
Rond elk van deze zeven radiosterrenstelsels ontdekten Röttgering c.s. begeleidende sterrenstelsels die geen radio- maar wel veel submillimeter-straling uitzenden. Dit is een duidelijke 'vingerafdruk' van een jong sterrenstelsel dat nog veel stof bevat, maar waarin in hoog tempo nieuwe sterren ontstaan. Het stof moet zijn geproduceerd door een eerdere generatie sterren die alweer teloor gegaan is. Ook rond de jets in het radio-sterrenstelsel blijkt veel stervorming plaats te vinden. Opmerkelijk is dat de begeleiders vooral in het verlengde van de radio-jets voorkomen.
Stervorming treedt op waar de dichtheid van het gas dat de ruimte vult het hoogst is. Blijkbaar liggen de jets en de heldere begeleiders ongeveer op één lijn omdat ze een grootschalige structuur (enige miljoenen lichtjaren) van gas en stof aftekenen in en rond de cluster. Ook uit computermodellen blijkt dat het gas dat kort na de Oerknal egaal de ruimte vult, zich eerst in sliertvormige structuren samentrekt alvorens de stervorming op gang komt. Dat stervorming in het vroege heelal blijkbaar al op zulke grote schaal plaatsvond, is echter in tegenspraak met modellen waarbij stervorming in enkele geïsoleerde 'hotspots' begint en zich slechts langzaam uitbreidt.
De geschatte massa van de waargenomen sterrenstelsels blijkt zo hoog, dat we hier waarschijnlijk te maken hebben met een vroeg stadium van de reuzen-sterrenstelsels die in het huidige heelal een dichtbevolkt cluster van kleinere sterrenstelsels om zich heen laten draaien.
Nature, 18 September, 'The formation of cluster elliptical galaxies as revealed by extensive star formation' , Stevens, Ivison, Dunlop, Smail, Percival, Hughes, Röttgering, Van Breugel, Reuland
Contactpersoon:
Huub Röttgering
Leidse Sterrewacht
rottgeri@strw.leidenuniv.nl