Leidse astronomen en buitenlandse collega's hebben met de Very Large Telescope (VLT) in Chili op 13,5 miljard lichtjaar afstand de tot nu toe verste cluster sterrenstelsels waargenomen. Door deze ontdekking kunnen astronomen voor het eerst zien hoe en wanneer sterrenstelsels clusters gaan vormen, een van de grootste raadsels in de moderne kosmologie.
Bram Venemans en collega's hebben onder leiding van professor George Miley van de Sterrewacht Leiden met de Very Large Telescope (VLT) de cluster sterrenstelsels ontdekt. De enorme afstand waarop de cluster zich bevindt, komt overeen met een periode dat het heelal slechts tien procent van de huidige leeftijd bezat, dus 1,5 miljard jaar na de Oerknal. Het licht van deze sterrenstelsels heeft de rest van de tijd nodig gehad om de aarde te bereiken. De astronomen concluderen dat de cluster zich zal ontwikkelen tot een dichte cluster van sterrenstelsels, zoals we er vele kunnen waarnemen in het nabije heelal.
Een intrigerende vraag in de moderne astronomie is hoe de eerste samenscholingen ofwel clusters van sterrenstelsels zijn ontstaan uit het gas van de oerknal. Sommige theoretische modellen voorspellen dat de dicht bevolkte clusters van sterrenstelsels stapsgewijs zijn opgebouwd. Uit de eerste samentrekkingen van gaswolken zijn sterren ontstaan, die samen kleine sterrenstelsel-achtige groepen vormden. Later zijn de kleine groepen samengeklonterd tot grotere sterrenstelsels, die op hun beurt later weer de grotere clusters van sterrenstelsels, zoals wij die nu waarnemen, zijn gaan vormen.
Radiosterrenstelsels zijn een belangrijk hulpmiddel bij de verifiëring van deze theoretische modellen. Door explosies in de kernen van deze stelsels zijn ze in het radiogolflengtegebied vijf tot tien ordes van grootte helderer dan ons eigen melkwegstelsel. Daardoor kunnen zij zelfs worden waargenomen op afstanden waarop het heelal slechts een fractie van zijn huidige leeftijd had.
In het vroege heelal zijn radiostelsels de zwaarste objecten en er zijn voldoende aanwijzigingen dat zij het hart van jonge clusters vormen. Radiostelsels zijn dan ook potentiele bakens om gebieden in het heelal te lokaliseren, waarin later de grote sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels zijn gevormd.
Vanuit deze veronderstelling hebben de Leidse astronomen een groot onderzoeksvoorstel ingediend om met de FORS2 camera van de VLT naar groepen sterrenstelsels te zoeken in de buurt van die veraf gelegen radiostelsels. Het verst verwijderd was een object met de naam TN J1338-1942, een radiostelsel op 13,5 miljard lichtjaar van de aarde. Om sterrenstelsels op dezelfde afstand als het radiostelstel op te sporen, werden de gevoeligheid van de opnamen geoptimaliseerd voor de roodverschuiving van objecten op 13,5 miljard lichtjaar afstand. Daarvoor gebruikte men twee roodfilters: een die optimale beelden gaf voor het gloeien van het ijle waterstofgas tussen de sterren in (de Lyman-alpha spectraallijn)en de andere voor het licht van de sterren zelf.
De opnamen tonen 28 stelsels die zich waarschijnlijk op de afstand van het radiostelsel bevinden. Van 23 stelsels zijn nauwkeurige kleurmetingen verricht met de FORS2 spectrograaf en deze spectra bevestigen dat 20 van die stelsels inderdaad op dezelfde afstand liggen als het radiostelsel. De spectra tonen ook aan dat de stelsels in de cluster ten opzichte van elkaar bewegen met snelheden van enkele honderden kilometers per seconde. De waargenomen structuur, met een doorsnede van meer dan 10 miljoen lichtjaar, betekent dat sterrenstelsels reeds groepen zijn gaan vormen in de eerste tien procent van de geschiedenis van het heelal. Uit het aantal sterrenstelsels en het volume van de cluster volgt een massa van een miljoen maal een miljard (tien tot de macht vijftien) zonsmassa's, vergelijkbaar met de massa's van nabij gelegen rijke clusters. Om van de huidige structuur te evolueren naar die van een nabij gelegen rijke cluster moet echter het volume in ongeveer een miljard jaar nog met ongeveer een factor tien inkrimpen.
De VLT-observaties leggen ook een cruciaal verband tussen de voorlopers van dichte clusters van sterrenstelsels en sterrenstelsels waarvan de explosieve kernen intense radiostraling produceren. Op basis van de vier radiostelsels die tot nu toe zijn onderzocht, concludeert het team dat elke zich vormende cluster een helder stelsel huisvest dat een krachtige radiobron is of is geweest. Algemeen wordt aangenomen dat de radiobron wordt gevoed door een massief zwart gat diep in de kern van het stelsel.
De volgende stap in het project is het vaststellen van de grenzen van de cluster. Deze zal ook intensief bestudeerd gaan worden met de “Advanced Camera for Surveys” (ACS Science), die onlangs op de Hubble Space Telescope is gemonteerd. George Miley heeft als lid van dit ACS Science Team voor dit doel de Hubble al besproken.
Het artikel van Bram Venemans, George Miley en anderen wordt op 10 april gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters 2002, Volume 569.
Nadere informatie:
Drs Bram Venemans
venemans@strw.LeidenUniv.nl
Prof. Dr George K. Miley
miley@strw.LeidenUniv.nl
Auteurs:
Bram Venemans, George Miley, Jaron Kurk, Huub Rottgering (Universiteit Leiden)
Laura Pentericci (MPI Heidelberg)
Wil van Breugel (Lawrence Livermore National Laboratory, USA)
Chris Carilli (US National Radio Astronomy Observatory)
Carlos De Breuck (Institut d'Astrophysique, Paris)
Holland Ford, Tim Heckman (Johns Hopkins University, Baltimore, USA)
Pat McCarthy (Carnegie Institute, Pasadena)