Wetenschappers identificeren verste sterrenstelsel ooit ontdekt

Het sterrenstelsel HD1 is ontdekt in het kader van een onderzoek naar melkwegstelsels aan het begin van het heelal. Voor het onderzoek zijn vier krachtige optische en infraroodtelescopen gebruikt: de Subaru-telescoop, de VISTA-telescoop, de Britse infraroodtelescoop en de Spitzer-ruimtetelescoop. Samen hebben ze meer dan 1.200 uur observatietijd besteed aan het zoeken naar licht in het prille heelal. “Het was heel hard werken om HD1 te vinden uit meer dan 700.000 objecten”, zegt astronoom Yuichi Harikane van de universiteit van Tokio in Japan. 

Het is bijzonder moeilijk om objecten uit het vroege heelal te detecteren. Zelfs quasars, de helderste objecten in de hele kosmos, zijn in de wijde omtrek van de ruimtetijd zo sterk gedimd dat onze krachtigste telescopen moeite hebben om hun licht op te pikken. “Het beantwoorden van vragen over de aard van een bron die zo ver weg is, kan dus een uitdaging zijn”, zegt astrofysicus Fabio Pacucci van het Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. Pacucci vergelijkt het met het raden van de nationaliteit van een schip aan de hand van de vlag die wappert aan de mast, terwijl je ver aan wal bent en het schip midden in een storm en dichte mist zit. “Men kan misschien enkele kleuren en vormen van de vlag zien, maar niet in hun geheel. Het is uiteindelijk een lang spel van analyse en uitsluiting van onwaarschijnlijke scenario’s.”

HD1 heeft een rode kleur, dat staat bekend als roodverschuiving, en die treedt op wanneer een lichtbron zich van ons verwijdert. Daardoor neemt de golflengte van het licht van die bron toe naar het meer rode uiteinde van het elektromagnetische spectrum, en daarom heet het roodverschuiving. 

Omdat het heelal uitdijt, lijken andere sterrenstelsels roodverschoven te zijn, hoe groter de afstand in de ruimtetijd, hoe groter de roodverschuiving. Door dit effect kunnen sterrenkundigen berekenen hoe ver licht heeft gereisd om ons te bereiken. “De rode kleur van HD1 kwam verrassend goed overeen met de verwachte kenmerken van een sterrenstelsel op 13,5 miljard lichtjaar afstand, waardoor ik een beetje kippenvel kreeg toen ik het vond”, zegt Harikane.

Maar het licht van HD1 is ook verwarrend. Het is extreem helder in ultraviolette golflengtes, wat suggereert dat er een zeer energetisch proces plaatsvond in het sterrenstelsel. Eerst dachten de onderzoekers dat het om een normale stervorming ging, tot ze berekenden hoeveel sterren er moeten worden gevormd om zoveel licht te produceren. Het aantal was ongelooflijk hoog, meer dan 100 sterren per jaar. Dat is tien keer hoger dan verwacht voor een sterrenstelsel in het vroege heelal. Deze spanning zou echter kunnen worden opgelost als de sterren die worden geboren niet dezelfde waren als de sterren die wij vandaag de dag geboren zien worden.

“De allereerste populatie van sterren die zich in het heelal vormden, waren massiever, lichtgevender en heter dan moderne sterren”, zegt Pacucci. “Als we aannemen dat de sterren die in HD1 ontstaan deze eerste, Populatie III, sterren zijn, dan kunnen de eigenschappen van deze ster gemakkelijker worden verklaard.” Populatie III-sterren kunnen namelijk meer UV-licht produceren dan normale sterren, wat de extreme ultraviolethelderheid van HD1 zou kunnen verklaren, aldus Pacucci. 

Het zwakke licht van HD1, uitgerekt door de uitdijing van het heelal, heeft 13,5 miljard lichtjaar moeten reizen om ons, hier op aarde, te bereiken. Wetenschappers zijn er daardoor niet helemaal zeker van wat het sterrenstelsel is: een starburst-stelsel dat bulkt van de stervorming of een quasar met een massief, actief superzwaar zwart gat in zijn centrum. Als dat laatste het geval is, vormt de groei van het zwarte gat tot superzware afmetingen zo kort na het ontstaan van het heelal een uitdaging voor de modellen voor de vorming en evolutie van zwarte gaten.

Quasar is een afkorting van “quasi-stellar radio sources”, het ongelooflijk heldere resultaat van een actieve galactische kern, met een superzwaar zwart gat dat materiaal verslindt met zo’n snelheid dat de hitte lichtgolven door het heelal genereert. Om het waargenomen licht te produceren, zou het superzware zwarte gat ongeveer 100 miljoen keer zo zwaar moeten zijn als de zon, berekende het team. Die grootte stelt de modellen voor de groei van superzware zwarte gaten ernstig op de proef.

“Het zwarte gat in HD1 is een paar honderd miljoen jaar na de oerknal gevormd en moet dus met een ongekende snelheid uit een massief zaadje zijn gegroeid”,  zegt astrofysicus Avi Loeb van Harvard en het Smithsonian Center for Astrophysics. “Opnieuw blijkt de natuur vindingrijker te zijn dan wij.” Het team hoopt dat toekomstige waarnemingen met de James Webb Space Telescope, een machine die geoptimaliseerd is om in het vroege heelal te turen, de aard van dit mysterieuze dageraadslicht zal onthullen.

Astronomen ontdekken per toeval grootste radiosterrenstelsel ooit: “Vergelijkbaar met honderd Melkwegen op een rij”

Nederlandse student bedenkt naam voor grootste sterrenstelsel dat ooit is ontdekt

KU Leuven ontdekt dat meest nabije sterrenstelsel met een zwart gat toch geen zwart gat blijkt te bevatten

HERBEKIJK OOK: