Sterrenstelsel ontdekt van 13,1 miljard jaar oud, het oudste ooit

Het team van Amerikaanse en Nederlandse astronomen, onder leiding van wetenschappers van de Yale University en de University of Calfornia-Santa Cruz, identificeerde het sterrenstelsel oorspronkelijk op basis van zijn opvallende, blauwe kleur in beelden van de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen van de NASA.

Het sterrenstelsel, dat EGS-zs8-1 genoemd is, is een van de helderste en meest massieve voorwerpen in het vroege universum. De precieze afstand tot de aarde, 13,1 miljard lichtjaar, werd berekend met het krachtige MOSFIRE-instrument van de 10-meter telescoop van het Keck Observatorium in Hawaï, op basis van de verschuiving van het licht.

Leeftijd en afstand zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden in elke discussie over het universum. Het licht dat we van onze zon zien, doet er slechts acht minuten over om ons te bereiken, terwijl het licht dat we met onze telescopen zien van verre sterrenstelsels, er miljarden jaar over gedaan heeft om ons te bereiken, en we zien die sterrenstelsels dan ook zoals ze er miljarden jaren geleden uitzagen.

Het sterrenstelsel EGS-zs8-1 ziet er uit alsof het maar een 100 miljoen jaar oud is, en er worden nieuwe sterren in gevormd aan een bijzonder snel tempo, zowat 80 keer sneller dan in onze Melkweg.

"Het sterrenstelsel heeft al meer dan 15 procent van de massa van onze Melkweg opgebouwd", zei Pascal Oesch, een astronoom aan Yale en de belangrijkste auteur van de studie op de website van Yale. "Maar het had slechts 670 miljoen jaar om dat te doen. Het universum was toen nog erg jong." 

Tot nu toe is slechts van een handvol sterrenstelsels uit het zeer jonge universum de afstand nauwkeurig berekend. "Iedere bevestiging (van een afstand) voegt een ander stuk toe aan de puzzel van hoe de eerste generaties van sterrenstelsels ontstaan zijn in het vroege universum", zei Pieter van Dokkum, de leider van het departement astronomie aan Yale en de tweede auteur van de studie. "Enkel de grootste telescopen zijn krachtig genoeg om deze grote afstanden aan te kunnen."

De waarnemingen tonen EGS-zs8-1 op het ogenblik dat het universum een ingrijpende verandering onderging: de waterstof tussen de sterrenstelsels was aan het veranderen van een neutrale staat naar een geïoniseerde staat. "Het lijkt er op dat de jonge sterren in de vroege sterrenstelsels zoals EGS-zs8-1, de belangrijkste aanstuurders waren voor deze overgang, die re-ionisatie genoemd wordt", zei Rychard Bouwens van de Sterrewacht Leiden, een van de mede-auteurs van de studie.

Bij elkaar genomen werpen de waarnemingen van het nieuwe Keck Observatorium en de Hubble- en Spitzer-telescoop ook nieuwe vragen op. Ze bevestigen dat er reeds vroeg in de geschiedenis van het universum massieve sterrenstelsels bestonden, maar ze tonen ook aan dat die sterrenstelsels zeer verschillende fysische eigenschappen hadden vergeleken met wat we vandaag rondom ons zien. Astronomen hebben nu sterke aanwijzingen dat de merkwaardige kleuren van de vroege sterrenstelsels, zoals die te zien zijn op de beelden van de Spitzer, hun oorsprong vinden in de snelle vorming van massieve, jonge sterren, die reageerden met het primordiale gas in de sterrenstelsels.

Het MOSFIRE-instrument van de Keck-telescoop laat astronomen toe om verschillende sterrenstelsels tegelijk op een efficiënte manier te bestuderen. Het opmeten van sterrenstelsels op extreme afstanden en het karakteriseren van hun eigenschappen, zal een belangrijk doel worden de komende tien jaar, zeiden de onderzoekers.

De waarnemingen onderstrepen de opwindende ontdekkingen die mogelijk zullen worden als de NASA haar James Webb Space Telescope zal lanceren in 2018, zeggen de onderzoekers. Niet alleen zal die waarnemingen toelaten die nog verder in het verleden liggen, maar hij zal ook in staat zijn het licht van EGS-zs8-1 te ontleden en de astronomen details te verschaffen over de eigenschappen van de gassen in het sterrenstelsel.

"Onze huidige observaties tonen aan dat het zeer gemakkelijk zal zijn om in de toekomst met de James Webb Space Telescope nauwkeurig de afstand te meten tot deze verre sterrenstelsels", zei mede-auteur Garth Illingworth van de University of California-Santa Cruz. "De resultaten van de metingen van JWST zullen een veel vollediger beeld geven van de vorming van sterrenstelsels in de vroege kosmos."

De studie over EGD-zs8-1 is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.

Het sterrenstelsel werd eerst geïdentificeerd op beelden van Hubble- en Spitzer-ruimtetelescoop (foto: NASA/ESA/P.Oesch/I.Momcheva/3D-HST and HUDF09/XDF).