Een van de meest afgelegen sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen, draait zeer waarschijnlijk, zeggen astronomen. Een internationaal team onder leiding van Tsuyoshi Tokuoka van de Waseda Universiteit in Japan ontdekte de beweging met behulp van observaties van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili. Het resultaat biedt cruciale nieuwe inzichten in de evolutie van nieuw gevormde sterrenstelsels en zou nuttige richtlijnen kunnen bieden voor komende waarnemingen met de James Webb Space Telescope (JWST).
Toen sterrenstelsels zich voor het eerst begonnen te vormen, bevond het universum zich in zijn ‘donkere tijdperken’ – een periode waarin vrijwel alle materie koel en transparant was. Toen materie onder invloed van de zwaartekracht instortte, vormden zich sterrenstelsels, die de vorming van sterren in opkomende galactische centra op gang brachten en het zogenaamde ‘tijdperk van reïonisatie’ in gang zetten dat een einde maakte aan de donkere middeleeuwen. Van daaruit verspreidde de stervorming zich naar roterende galactische schijven, waar zich nu nieuwere sterren bevinden.
Astronomen moeten nog veel leren over de fysica die deze oude sterrenstelsels bestuurde. Om nieuw licht te werpen op deze vragen, waaronder de oorsprong van de galactische rotatie, wendden Tokuoka en collega's zich tot waarnemingen van ALMA. Dit instrument heeft een revolutie teweeggebracht in de waarneming van verre, sterk roodverschoven sterrenstelsels, dankzij zijn indrukwekkende ruimtelijke en frequentieresoluties.
In het laatste onderzoek gebruikten de onderzoekers ALMA om MACS1149-JD1 te bestuderen: een sterrenstelsel met zwaartekrachtlens dat zich op ruim tien miljard lichtjaar afstand bevindt, waardoor het een van de verste objecten is die ooit zijn bevestigd. Door middel van spectroscopie hebben astronomen ontdekt dat JD10 een populatie sterren bevat van ongeveer 1 miljoen jaar oud, waardoor zijn oorsprong ruim binnen de donkere middeleeuwen van het universum ligt – slechts 300 miljoen jaar na de oerknal.
Verschillende roodverschuivingen
Het team onderzocht de karakteristieke golflengten die worden uitgezonden door dubbel geïoniseerde zuurstof (O III) in JD1. Dit gas wordt veel aangetroffen in supernovaresten, waardoor het een belangrijk onderdeel is van materiaal in het interstellaire medium. Dankzij de resolutie van ALMA kon het team variaties in de roodverschuiving van O III-emissies in verschillende delen van de Melkweg identificeren. Hieruit bleek een gradiënt in de snelheid van materiaal in het interstellaire medium van JD1 – waarbij één kant van het sterrenstelsel een duidelijk andere roodverschuiving vertoonde.
Deze waarneming voldeed aan bijna alle criteria waaraan moet worden voldaan om te bevestigen dat een sterrenstelsel roteert, waardoor het het vroegste voorbeeld is van een roterende schijf die ooit is ontdekt. De rotatiesnelheid was ook veel lager dan die van andere sterrenstelsels, waaronder het onze – wat erop wijst dat de rotatiebeweging van JD1 zich nog in de beginfase bevindt.
Onderzoek naar rotatie van sterrenstelsels sluit gemodificeerde zwaartekracht uit, of toch niet?
Het resultaat, beschreven in De astrofysische journaalbrievenbetekent dat astronomen een record hebben van galactische rotatiesnelheden die meer dan 95% van de totale geschiedenis van het universum bestrijken, wat volgens leden van het team een belangrijke stap is in het begrijpen van hoe de fysieke kenmerken van sterrenstelsels evolueren. Tokuoka en collega's hopen nu dat veel resterende vragen binnenkort zullen worden beantwoord met behulp van de JWST, waardoor ze de leeftijden van specifieke sterrenpopulaties in de Melkweg kunnen identificeren.
