Astronomen zien geboorte cluster van sterrenstelsels in vroege heelal

Een internationaal team van astronomen, met daarbij de Leidse sterrenkundige George Miley, heeft een groot reservoir van heet gas ontdekt in de cluster-in-wording rond het Spinnenwebstelsel. De sterrenkundigen voorspellen, mede op basis van dat hete gas, dat de cluster-in-wording zal uitgroeien tot een van de grootste objecten in het heelal. Ze publiceren hun bevindingen woensdagmiddag in Nature.

Het Spinnenwebstelsel met in blauw heet gas. (c) ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford
Het Spinnenwebstelsel met in blauw heet gas. (c) ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford

Clusters kunnen duizenden sterrenstelsels bevatten. Tussen de sterrenstelsels bevindt zich het zogeheten intraclustermedium. Dat hete gas heeft meer massa dan de sterrenstelsels zelf. De aanwezigheid van heet gas in clusters-in-wording wordt al meer dan tien jaar door kosmologische simulaties voorspeld, maar waarnemingen die de voorspelling konden bevestigen, ontbraken.

Onderzoek onder leiding van Luca di Mascolo (Universiteit van Triëst, Italië) aan de Spinnenweb-protocluster laat nu duidelijk zien dat er heet gas tussen de sterrenstelsels moet zijn. De Spinnenwebcluster bevindt zich op meer dan 10 miljard lichtjaar van de aarde in het heelal dat toen slechts 3 miljard jaar jong was.

Tekst gaat verder na video.

Met behulp van ALMA hebben astronomen een groot reservoir van heet gas ontdekt in een zich nog vormende cluster van sterrenstelsels. (c) ESO [YouTube | diverse formaten]

Schaduw verklapt massa en vorm
De sterrenkundigen ontdekten het intraclustermedium via het zogeheten thermische Soenjajev-Zeldovitsj-effect. Dit effect treedt op wanneer licht van de kosmische achtergrondstraling – de reststraling van de oerknal – door het intraclustermedium gaat. Bij de wisselwerking met de snel bewegende elektronen in het hete gas wint dit licht een beetje energie en verandert het enigszins van kleur oftewel golflengte. Bij bepaalde golflengten werpt een cluster van sterrenstelsels daardoor een soort schaduw over de kosmische achtergrondstraling.

Door deze schaduwen te meten met behulp van de telescopen van het ALMA-observatorium, konden de astronomen niet alleen het bestaan van het hete gas afleiden, maar ook de massa schatten en de vorm in kaart brengen.

De onderzoekers stelden vast dat de Spinnenweb-protocluster een enorm reservoir van heet gas bevat met een temperatuur van enkele tientallen miljoenen graden Celsius. De massa van het hete gas dat nu is opgespoord, is duizenden malen groter dan het koude koud gas dat eerder was ontdekt. De ontdekking versterkt de verwachting dat de Spinnenweb-protocluster over ongeveer tien miljard jaar uitgegroeid is tot een zware cluster van sterrenstelsels.

Veertig jaar
De Leidse emeritus hoogleraar George Miley staat als co-auteur op de publicatie over de Spinnenwebcluster. "Meer dan veertig jaar geleden namen we de iconische cluster voor het eerst waar met de Westerbork-telescoop. Later toonde Hubble ons het spinnenwebachtige uiterlijk. En nu hebben we met ALMA het hete gas ontdekt."

Miley voegt toe: "En het is nog niet klaar. De LOFAR-telescopen speuren op dit moment de hemel af op zoek naar nog meer Spinnenwebclusterachtige objecten. Ik verwacht dat we op enig moment gaan ontdekken wanneer de eerste clusters zijn ontstaan."

Wetenschappelijk artikel
Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16. Door: Luca Di Mascolo et al. In: Nature, 29 maart 2023. [origineel | preprint (pdf)]

Het Spinnenwebstelsels met in blauw het hete gas.Deze afbeelding toont de protocluster rond het Spinnenwebstelsel (officieel bekend als MRC 1138-262), gezien op een moment dat het heelal nog maar drie miljard jaar oud was. De meeste massa in de protocluster bevindt zich niet in de sterrenstelsels die in het midden van de afbeelding te zien zijn, maar in het gas dat bekendstaat als het intraclustermedium. Dit hete gas is weergegeven als een blauwe wolk. (c) ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford [grote versie | diverse resoluties]