De telescopen ALMA en APEX hebben diep de ruimte in gekeken – terug naar de tijd dat het heelal nog maar een tiende van zijn huidige leeftijd had. Daarbij zagen ze het begin van reusachtige kosmische opeenhopingen: aanstaande botsingen tussen jonge ‘starburststelsels’. Astronomen dachten dat deze gebeurtenissen pas ongeveer drie miljard jaar na de oerknal hadden plaatsgevonden. De verrassing was dus groot toen nieuwe waarnemingen lieten zien dat deze al optraden toen het heelal nog maar half zo oud was!
Vermoed wordt dat deze oude samenscholingen van sterrenstelsels bezig zijn om de grootste en zwaarste structuren in het bekende heelal te vormen: clusters. Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en het Atacama Pathfinder Experiment (APEX), hebben twee internationale teams van wetenschappers, onder leiding van Tim Miller van de Dalhousie-universiteit in Canada en de Yale-universiteit in de VS en Iván Oteo van de Universiteit van Edinburgh (VK), verrassend dichte concentraties van sterrenstelsels opgespoord die op het punt staan om samen te smelten. Ze vormen de kernen van wat uiteindelijk kolossale sterrenstelsels zullen worden.
Op 90% van de afstand tot de grens van het waarneembare heelal heeft het team van Miller een protocluster waargenomen die SPT2349-56 wordt genoemd. Het licht van dit object begon naar ons toe te reizen toen het heelal ongeveer een tiende van zijn huidige leeftijd had bereikt. Dit hechte kosmische conglomeraat bestaat uit starburststelsels. De hierin optredende stervorming vertoont een hevigheid die nooit eerder in het jonge heelal is waargenomen. Jaarlijks worden hier duizenden sterren geboren, tegen slechts één in ons eigen Melkwegstelsel. Eerder had het team van Oteo met ALMA en APEX al een soortgelijke megafusie van tien stofrijke, sterren-vormende stelsels ontdekt, die vanwege zijn zeer rode kleur de bijnaam ‘stoffige rode kern’ kreeg.
Iván Oteo legt uit waarom deze objecten onvoorzien waren: ‘Vermoed werd dat de levensduur van stofrijke starbursts relatief kort zou zijn, omdat zij hun gasvoorraad er in hoog tempo doorheen jagen. Op elk moment, en in alle hoeken van het heelal, zijn deze sterrenstelsels doorgaans in de minderheid. Daarom is deze ontdekking van talrijke stofrijke starbursts rond dezelfde tijd zo raadselachtig. Dit is iets dat we echt nog moeten uitpluizen.’ Het bestaan van de beide clusters-in-wording werd voor het eerst opgemerkt met behulp van de South Pole Telescope en de infraroodsatelliet Herschel, die hen als zwakke lichtplekken registreerden. Vervolgwaarnemingen met ALMA en APEX toonden aan dat ze een ongewone structuur hadden en bevestigden dat hun licht veel vroeger dan verwacht is ontstaan – slechts 1,5 miljard jaar na de oerknal.
Nieuwe hoge-resolutiewaarnemingen met ALMA brachten uiteindelijk aan het licht dat de zwakke gloed die met APEX en Herschel was waargenomen niet afkomstig was van slechts twee verschillende objecten. In werkelijkheid betreft het twee groepen van respectievelijk veertien en tien massarijke sterrenstelsels, met een straal die vergelijkbaar is met de afstand tussen ons Melkwegstelsel en de naburige Magelhaense Wolken. ‘Deze ontdekkingen door ALMA vormen slechts het topje van de ijsberg. Aanvullende waarnemingen met de APEX-telescoop laten zien dat het werkelijke aantal sterren-vormende stelsels waarschijnlijk zelfs drie keer zo groot is. Ook bij lopende waarnemingen met het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope worden extra sterrenstelsels opgemerkt’, aldus ESO-astronoom Carlos De Breuck.
De huidige theoretische en computermodellen suggereren dat de vorming van protoclusters van deze omvang veel langer zou moeten hebben geduurd. Gegevens van ALMA, met diens superieure resolutie en gevoeligheid, kunnen nu worden gebruikt als input voor geavanceerde computersimulaties. Op die manier zouden de onderzoekers in staat moeten zijn om meer te weten te komen over de evolutie van clusters minder dan 1,5 miljard jaar na de oerknal: ‘Hoe deze samenscholing van sterrenstelsels zo snel zo groot is geworden, is een mysterie. Ze is niet geleidelijk, in de loop van miljarden jaren, opgebouwd, zoals astronomen hadden verwacht. Deze ontdekking biedt een geweldige kans om te onderzoeken hoe massarijke sterrenstelsels bijeenkwamen om enorme clusters te vormen’, zegt Tim Miller, promovendus aan de Yale-universiteit en hoofdauteur van een van de onderzoeksartikelen.
