Wetenschappers hebben het verste sterrenstelsel ooit gespot

[univers]

Het schijnt slechts ~ 300 miljoen jaar na de oerknal en is misschien de thuisbasis van de oudste sterren in het universum, of een superzwaar zwart gat


Harikane et al.

Een internationaal team van astronomen, waaronder onderzoekers van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, heeft het meest verre astronomische object ooit gezien: een sterrenstelsel.

De kandidaat-melkweg, genaamd HD1, bevindt zich op zo'n 13,5 miljard lichtjaar afstand en wordt vandaag beschreven in The Astrophysical Journal https://arxiv.org/abs/2112.09141 . In een begeleidend artikel gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters https://arxiv.org/abs/2201.00823 , zijn wetenschappers begonnen te speculeren wat de melkweg precies is.

Het team stelt twee ideeën voor: HD1 kan in een verbazingwekkende snelheid sterren vormen en is mogelijk zelfs de thuisbasis van Populatie III-sterren, de allereerste sterren van het universum - die tot nu toe nooit zijn waargenomen. Als alternatief kan HD1 een superzwaar zwart gat bevatten van ongeveer 100 miljoen keer de massa van onze zon.

"Het beantwoorden van vragen over de aard van een bron zo ver weg kan een uitdaging zijn", zegt Fabio Pacucci , hoofdauteur van de MNRAS -studie, co-auteur van de ontdekkingspaper over ApJ, en een astronoom bij het Center for Astrophysics. "Het is alsof je de nationaliteit van een schip raadt aan de hand van de vlag die het voert, terwijl het ver weg aan de wal is, met het schip in het midden van een storm en dichte mist.

Je kunt 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 is extreem helder in ultraviolet licht. Om dit te verklaren: "Er vinden daar enkele energetische processen plaats, of beter nog, enkele miljarden jaren geleden", zegt Pacucci.

In eerste instantie gingen de onderzoekers ervan uit dat HD1 een standaard starburst-sterrenstelsel was, een sterrenstelsel dat in hoog tempo sterren creëert. Maar na te hebben berekend hoeveel sterren HD1 produceerde, bereikten ze "een ongelooflijke snelheid - HD1 zou elk jaar meer dan 100 sterren vormen. Dit is minstens 10 keer hoger dan wat we voor deze sterrenstelsels verwachten."

Toen begon het team te vermoeden dat HD1 misschien geen normale, alledaagse sterren zou vormen.

"De allereerste populatie sterren die in het universum werd gevormd, was massiever, helderder en heter dan moderne sterren", zegt Pacucci. "Als we aannemen dat de sterren die in HD1 worden geproduceerd deze eerste sterren zijn, of Populatie III-sterren, dan zouden de eigenschappen ervan gemakkelijker kunnen worden verklaard. In feite zijn Populatie III-sterren in staat om meer UV-licht te produceren dan normale sterren, wat de extreme ultraviolette helderheid van HD1."

Een superzwaar zwart gat zou echter ook de extreme helderheid van HD1 kunnen verklaren. Terwijl het enorme hoeveelheden gas opslokt, kunnen hoogenergetische fotonen worden uitgezonden door het gebied rond het zwarte gat.

Als dat het geval is, zou het verreweg het vroegste superzware zwarte gat zijn dat de mensheid kent, veel dichter bij de oerknal waargenomen in vergelijking met de huidige recordhouder.


Tijdlijn toont de vroegste melkwegkandidaten en de geschiedenis van het universum. Harikane et al., NASA, EST en P. Oesch/Yale

"HD1 zou een gigantische baby voorstellen in de verloskamer van het vroege universum", zegt Avi Loeb , een astronoom bij het Center for Astrophysics en co-auteur van de MNRAS-studie. "Het breekt de hoogste quasar-roodverschuiving ooit met bijna een factor twee, een opmerkelijke prestatie."

HD1 werd ontdekt na meer dan 1.200 uur observatietijd met de Subaru Telescope, VISTA Telescope, UK Infrared Telescope en Spitzer Space Telescope.

"Het was heel hard werken om HD1 te vinden uit meer dan 700.000 objecten", zegt Yuichi Harikane, een astronoom aan de Universiteit van Tokio die de melkweg ontdekte. "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."

Het team voerde vervolgens vervolgwaarnemingen uit met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) om de afstand te bevestigen, die 100 miljoen lichtjaar verder is dan GN-z11, de huidige recordhouder voor het verste sterrenstelsel.

Met behulp van de James Webb Space Telescope zal het onderzoeksteam binnenkort HD1 opnieuw observeren om de afstand tot de aarde te verifiëren. Als de huidige berekeningen correct blijken te zijn, zal HD1 het verste - en oudste - sterrenstelsel zijn dat ooit is geregistreerd.

Dezelfde observaties stellen het team in staat om dieper in de identiteit van HD1 te graven en te bevestigen of een van hun theorieën correct is.

"Een paar honderd miljoen jaar na de oerknal, moet een zwart gat in HD1 in een ongekend tempo uit een enorm zaad zijn gegroeid", zegt Loeb. "Nogmaals, de natuur lijkt fantasierijker dan wij."

https://pweb.cfa.harvard.edu/news/scien ... alaxy-ever