Astronomen hadden niet verwacht dat heet gas zo ver van het centrum van de melkweg zou worden geduwd
PASADENA, Californië. — Een gelukkige uitlijning van de hemel heeft astronomen een zeldzame blik gegeven op een sterrenstelsel in het vroege universum dat zijn omgeving bezaait met de elementen die nodig zijn om volgende generaties sterren en sterrenstelsels te smeden.
Gezien het feit dat het slechts 700 miljoen jaar na de oerknal was, laat het verre sterrenstelsel gas over de randen stromen. Het is het vroegst bekende alledaagse sterrenstelseleen die had kunnen uitgroeien tot zoiets als de Melkweg, om dergelijk complex gedrag te vertonen, zei astronoom Hollis Akins op 14 juni tijdens een persconferentie tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society.
“Deze resultaten vertellen ons ook dat deze uitstroomactiviteit de evolutie van sterrenstelsels lijkt te kunnen vormen, zelfs in dit zeer vroege deel van het universum”, zegt Akins, een inkomende afgestudeerde student aan de Universiteit van Texas in Austin. Hij en collega’s ook hebben hun bevindingen ingediend 14 juni naar arXiv.org.
Het sterrenstelsel, A1689-zD1 genaamd, verschijnt in licht dat wordt vergroot door Abell 1689, een grote cluster van sterrenstelsels die licht van de vroegste sterrenstelsels van het universum kan buigen en intensiveren, of een zwaartekrachtlens kan vormen (SN: 13-2-08; SN: 10/6/15). Vergeleken met andere waargenomen sterrenstelsels in het vroege heelal, maakt A1689-zD1 niet veel sterren – slechts ongeveer 30 zonnen per jaar – wat betekent dat het sterrenstelsel niet erg helder is voor onze telescopen. Maar de tussenliggende cluster vergroot het licht van de A1689-zD1 met bijna 10 keer.
Akins en collega’s bestudeerden het lenslicht met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, oftewel ALMA, een groot netwerk van radiotelescopen in Chili. Het team bracht de intensiteiten in kaart van een specifieke spectraallijn van zuurstof, een tracer voor heet geïoniseerd gas en een spectraallijn van koolstof, een tracer voor koud neutraal gas. Heet gas verschijnt waar de heldere sterren zijn, maar het koude gas reikt vier keer zo ver, wat het team niet had verwacht.
“Er moet een mechanisme zijn” [to get] koolstof naar het circumgalactische medium’, de ruimte buiten de melkweg, zegt Akins.
Slechts enkele scenario’s zouden dat uitstromende gas kunnen verklaren. Misschien fuseren kleine sterrenstelsels met A1689-zD1 en werpen gas verder naar buiten waar het afkoelt, zei Akins. Of misschien duwt de hitte van de stervorming het gas naar buiten. Dat laatste zou een verrassing zijn gezien de relatief lage stervorming in dit sterrenstelsel. Terwijl astronomen uitstromend gas in andere sterrenstelsels van het vroege heelal hebben gezien, bruisen die sterrenstelsels van activiteit, waaronder het omzetten van duizenden zonnemassa’s gas in sterren per jaar.
De onderzoekers gebruikten de ALMA-gegevens opnieuw om de bewegingen van zowel het koude neutrale als het hete geïoniseerde gas te meten. Het hete gas vertoonde een grotere algemene beweging dan het koude gas, wat inhoudt dat het van het centrum van de A1689-zD1 naar de buitenste regionen wordt geduwd, zei Akins op de persconferentie.
Ondanks de relatief lage stervormingssnelheid van de melkweg, denken Akins en zijn collega’s nog steeds dat de 30-zonnemassa’s van sterren per jaar het gas voldoende verwarmen om het uit het centrum van de melkweg te duwen. De waarnemingen suggereren een meer geordende bulkstroom van gas, wat uitstroom impliceert, maar de onderzoekers analyseren de beweging van het gas in meer detail en kunnen alternatieve scenario’s nog niet uitsluiten.
Ze denken dat wanneer het hete gas naar buiten stroomt, het uitzet en uiteindelijk afkoelt, zei Akins, en daarom zien ze het koudere gas over de rand van de melkweg stromen. Dat gas dat rijk is aan zware elementen verrijkt het circumgalactische medium en zal uiteindelijk worden opgenomen in latere generaties sterren (SN: 17-06-15). Door de aantrekkingskracht van de zwaartekracht valt koel gas, vaak met minder zware elementen, rond de melkweg ook naar het centrum, zodat A1689-zD1 sterren kan blijven maken.
Deze waarnemingen van A1689-zD1 laten zien dat deze gasstroom niet alleen plaatsvindt in de superheldere, extreme sterrenstelsels, maar zelfs in normale sterrenstelsels in het vroege heelal. “Weten hoe deze cyclus werkt, helpt ons te begrijpen hoe deze sterrenstelsels sterren vormen en hoe ze groeien”, zegt Caltech-astrofysicus Andreas Faisst, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Astronomen zijn ook nog niet klaar met het leren over A1689-zD1. “Het is een geweldig doelwit voor vervolgobservaties”, zegt Faisst. Verschillende collega’s van Akins zijn van plan om precies dat te doen met de James Webb Space Telescope (SN: 10/6/21).