De oudste sterrenstelsels in het heelal zweven net buiten de melkweg

Het is gemakkelijk om heel lang naast iemand te leven zonder er veel over te leren, maar soms kunnen onze buren veel interessanter zijn dan we aannemen, vooral als ze onze galactisch buren. Het kan blijken dat ze geweldige verhalen te vertellen hebben - of dat ze de oudste sterrenstelsels in het gekwetste universum zijn. En hey, zou je het niet weten, dat is precies wat er gebeurde toen een internationaal team van astronomen de zwakke melkwegstelsels rond ons Melkwegstelsel, de Melkweg, nader had bekeken.

In een krant die donderdag in de Astrophysical Journal, astronomen in het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en het Institute for Computational Cosmology aan de Durham University in het Verenigd Koninkrijk hebben aangetoond dat de dwergstelsels rondom ons een van de oudste in het universum zijn. Deze kleine, zwakke sterrenstelsels zijn potentieel meer dan 13 miljard jaar oud en hebben zich gevormd aan het einde van de zogenaamde vroege "donkere tijden" van het universum, toen de materie ongeveer 100 miljoen jaar na de oerknal was afgekoeld.

Maar dit was niet eens wat ze zochten.

"Het was iets van een serendipitous ontdekking op een bepaald niveau, omdat we het project begonnen in de hoop echt iets anders te doen, wat in feite het aantal kleine sterrenstelsels rond Melkweg-achtige sterrenstelsels was," Sownak Bose, Ph.D., a postdoc op het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en vertelt de eerste auteur van het onderzoek omgekeerde. "Dit was een eenvoudige telling oefening."

Bose en zijn collega's bestudeerden de 'helderheidsfunctie' van deze dwergsterrenstelsels, de maat die de verdeling van de helderheid in een cluster van objecten beschrijft - hoeveel sterrenstelsels met een bepaalde helderheid er zijn - met behulp van het Lambda Cold Dark Matter-model, een standaard model van kosmologie. Simpel gezegd, de helderheidsfunctie is een manier om sterrenstelsels of andere sterrenhopen te beschrijven, dat is een stuk eenvoudiger dan elke afzonderlijke ster in de massa te beschrijven. Toen ze de helderheidsfunctie van onze zwakke galactische buren in kaart brachten, ontdekten Bose en zijn collega's dat de sterrenstelsels vrijwel een vloeiende curve volgden, waarin er meer zwakke en minder heldere waren.

De sleutelzin hier is echter "vrij veel."

"Het was eigenlijk een rechte lijn met iets van een knik erin, een soort vallei," zegt Bose. "Dus na wat experimenten, realiseerden we ons wat dit kenmerk is, de schaal waarop sterrenstelsels overgaan van die welke zich heel vroeg vormden, tegen het einde van de zogenaamde vroege donkere tijden, en degenen die zich veel later vormden." In andere woorden, ze realiseerden zich dat deze dip in de verdeling van heldere en vage sterrenstelsels de oudere sterrenstelsels verdeelde van de jongere sterrenstelsels, een trend die paste in het LCDM-model, dat hen vertelde dat ze ergens op zaten.

"Het was verrassend hoe goed onze modellen het eens waren met de gegevens!" Alis Deason, Ph.D., een Royal Society University Research Fellow bij het ICC en een van de coauteurs van het onderzoek, vertelt omgekeerde. Maar natuurlijk merkt ze op dat ze ervoor moesten zorgen dat ze gelijk hadden. "Onze eerste reactie was voorzichtig optimisme en veel testen!"

Na verdere analyse concludeerden de onderzoekers dat de zwakkere, kleinere sterrenstelsels veel langer gevormd moeten hebben dan recentere. Omdat sterren in sterrenstelsels veel atomaire rommel en vervuiling produceren wanneer ze in supernovae sterven, als sterren al heel lang geleden zijn gestopt met vormen, zouden hun eigen sterrenstelsels minder rommel van supernova's in zich moeten hebben, waardoor ze dommer worden dan sterrenstelsels die recenter zijn ontstaan ​​en had meer materiaal om aan te trekken van andere sterrenstelsels en supernovae.

"We merken dat de oude sterrenstelsels minder zwaar zijn in het aantal sterren dat ze hebben", zegt Bose. "Het geeft je deze foto waarin kleine sterrenstelsels de eerste en de grotere vormen, veel later gevormd door de samensmelting van vele kleine dingen."

Zowel Bose als Deason merken op dat ze dat niet deden ontdekken deze oude sterrenstelsels, maar dat ze ze eenvoudig identificeerden als enkele van de oudste van het universum. Niettemin is het een groot probleem, omdat deze directe waarnemingen bevestigen dat het LCDM-model van het universum waarschijnlijk correct is, wat betekent dat de helderheidsfunctie een redelijk betrouwbare manier kan zijn om de ouderdom van een sterrenstelsel te vertellen.

Nu ze deze oude sterrenstelsels hebben geïdentificeerd, kunnen de onderzoekers ze nog nauwkeuriger bekijken om meer te weten te komen over de omstandigheden in het vroege universum.

"We willen graag onderzoeken hoe we deze kleine dwergstelsels kunnen gebruiken om meer te leren over het vroege universum", zegt Deason. "Wat kunnen bijvoorbeeld hun eigenschappen (bijvoorbeeld maten, chemische samenstelling) ons vertellen over deze kritieke vroege stadia van de vorming van sterrenstelsels?"