De ruimtetelescoop Herschel heeft met de Nederlandse infraroodspectrometer HIFI nieuw licht geworpen op de ontwikkeling van sterrenstelsels. Al een paar miljard jaar na de oerknal draaiden sommige melkwegstelsels rond op dezelfde manier als we nu zien bij oude naburige melkwegstelsels. Volgens een internationaal team van sterrenkundigen, waaronder Marco Spaans van de Rijksuniversiteit Groningen, wijst dit er op dat de gasreservoirs die deze jonge stelsels voedden, en waaruit zich veel nieuwe sterren vormden, al grotendeels op waren. Voorlopig is het een raadsel hoe dat precies te rijmen is met de intensieve stervorming die toen in dit gebied plaatsvond.

Toen sterrenstelsels zich vormden in het vroege heelal, trokken zij gas aan uit de omgeving. Terwijl dat gas de sterrenstelsels ingetrokken werd door de zwaartekracht creëerde dit turbulentie, wat kon leiden tot golven van stervorming. Om deze theorie te testen werden door HIFI metingen uitgevoerd aan twee sterrenstelsels, bekend als S0901 en de Clone. We zien deze stelsels zoals ze er iets meer dan 10 miljard jaar geleden jaar geleden uitzagen, een gevolg van de uitdijing van ons heelal. De stelsels zijn hele normale, gemiddelde stelsels, vergelijkbaar met de Melkweg nu.

“Het doel van dit project is het bestuderen van de fysische eigenschappen van het gas in deze sterrenstelsels.  We wilden weten of deze gelijk zijn aan de sterrenstelsels die wij om ons heen zien, of dat er afwijkingen zijn in de eigenschappen van het gas,” zegt James Rhoads van Arizona State University.

Normaal waren deze stelsels te lichtzwak geweest om waar te nemen, maar hier helpt Albert Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie. Clusters van stelsels die tussen S0901 of de Clone en ons in staan buigen het licht zodanig dat we het via een zwaartekrachtslens versterkt zien. Door nu te kijken naar de roodverschoven lijn van geïoniseerd koolstof (uitgezonden op 1,9 THz) verkregen sterrenkundigen informatie over de bewegingen in het gas en de mate van rotatie en turbulentie. Tot verrassing van de auteurs bewoog het gas net zo netjes als in huidige spiralende sterrenstelsels. Dat leidt tot de voorlopige conclusie dat, voor met name S0901, het gasreservoir in de omgeving van het stelsel waarschijnlijk al op is.

Marco Spaans: “Stervorming lijkt reeds meer dan 10 miljard jaar geleden efficiënt op gang te zijn gekomen, zelfs in normale sterrenstelsels die veel lijken op onze eigen Melkweg.” Hoe dat precies te rijmen is met de intensieve stervorming in dit type sterrenstelsels is een raadsel. Het liefste zouden de auteurs meer waarnemingen met HIFI gedaan hebben, maar sinds april 2013 neemt Herschel niet meer waar. De verwachting is dat met ALMA het pionierswerk van HIFI overgenomen wordt.

Het artikel met de titel “Herschel Extreme Lensing Line Observations: Dynamics of two strongly lensed star forming galaxies near redshift z = 2” wordt op 20 mei gepubliceerd in The Astrophysical Journal.
 

Herschel/HIFI
Herschel is een missie van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA met bijdragen van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA. De telescoop werd gelanceerd in 2009 en heeft drie instrumenten aan boord, waaronder de ver-infrarood spectrograaf HIFI, die onder andere is ontworpen om water te vinden in een grote verscheidenheid van objecten. Het instrument is in staat tot een nauwkeurige chemische identificatie van atomen en moleculen en is daarmee bij uitstek geschikt om de chemie rond jonge en oude sterren te bestuderen. HIFI is in Nederland gebouwd door een internationaal consortium onder leiding van SRON Netherlands Institute for Space Research.