Persbericht

Roerige oorsprong van schijfstelsels onderzocht met ALMA

17 september 2014

Tientallen jaren dachten wetenschappers dat samensmeltingen van sterrenstelsels doorgaans tot de vorming van elliptische sterrenstelsels leiden. Maar nu hebben onderzoekers, met behulp van ALMA en een reeks andere radiotelescopen, het directe bewijs gevonden dat samensmeltende sterrenstelsels in de regel juist schijfstelsels produceren. Dit verrassende resultaat zou kunnen verklaren waarom het heelal zo rijk is aan spiraalstelsels als onze Melkweg.

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van JSPS-postdoc Junko Ueda heeft verrassende waarnemingen gedaan waaruit blijkt dat de meeste botsingen tussen sterrenstelsels in het nabije heelal – d.w.z. op 40 tot 600 miljoen lichtjaar van de aarde – in zogeheten schijfstelsels resulteren. Schijfstelsels, waartoe spiraalstelsels als de Melkweg en de lensvormige stelsels behoren, worden gekenmerkt door pannenkoekvormige gebieden van gas en stof en onderscheiden zich daarmee van de elliptische stelsels.

Lang werd algemeen aangenomen dat samensmeltende schijfstelsels uiteindelijk in een elliptisch stelsel veranderen. Door deze hevige interacties zouden de stelsels niet alleen aan massa winnen, maar in de loop van de kosmische geschiedenis ook van vorm en tegelijkertijd van type veranderen.

Computersimulaties uit de jaren ’70 voorspelden dat fusies tussen twee vergelijkbare schijfstelsels zouden resulteren in een elliptisch stelsel. De simulaties voorspelden ook dat de meeste stelsels van nu elliptisch zouden zijn, wat in strijd is met waarnemingen die laten zien dat meer dan 70% van alle stelsels schijfstelsels zijn. Recentere simulaties wijzen er echter op dat botsingen ook tot de vorming van schijfstelsels kunnen leiden.

Om de uiteindelijke vormen van samengesmolten sterrenstelsels te kunnen vaststellen, onderzocht het team de verdeling van gas in 37 sterrenstelsels die in het eindstadium van een fusie verkeren. De Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) en verschillende andere radiotelescopen [1] werden ingezet om de emissie van koolstofmonoxide (CO) – een indicator van moleculair gas – te detecteren.

Het betreft het grootste onderzoek van moleculair gas in sterrenstelsels tot nu toe en geeft inzicht in de manier waarop de Melkweg kan zijn ontstaan. Het team heeft vastgesteld dat bijna alle gefuseerde stelsels een pannenkoekvormig gebied van moleculair gas vertonen en dus als schijfstelsels-in-wording kunnen worden beschouwd. Ueda legt uit: ‘Voor het eerst is er observationeel bewijs dat fuserende stelsels in schijfstelsels resulteren in plaats van elliptische stelsels. Dit is een grote en onverwachte stap in de ontraadseling van het ontstaan van de schijfstelsels.’

Maar er moet nog veel meer vragen beantwoord worden. Daisuke Iono van NAOJ en de Graduate University for Advanced Studies, en mede-auteur van het onderzoeksartikel, voegt toe: ‘We moeten ons gaan richten op de vorming van sterren in deze gasschijven. Bovendien moeten we verder het heelal in kijken. We weten dat ook de meeste sterrenstelsels in het verder weg gelegen heelal schijven hebben, maar we weten nog niet of ook deze het gevolg zijn van fusies of dat zij zijn ontstaan door koud gas dat geleidelijk naar het stelsel toe is gevallen. Wellicht hebben we een universeel mechanisme ontdekt dat door de hele kosmische geschiedenis werkzaam is geweest.’

Noten

[1] De gegevens zijn verkregen met ALMA; de Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy: een millimeter-array in Californië, bestaande uit 23 parabool-antennes; de Submillimeter Array: een submillimeter-array op Mauna Kea (Hawaï), bestaande uit acht parabool-antennes; de Plateau de Bure Interferometer; de 45-meter radiotelescoop van het NAOJ Nobeyama Radio Observatory; de 12-meter radiotelescoop van de National Radio Astronomy Observatory (VS); de 14-meter radiotelescoop van het Five College Radio Astronomy Observatory (VS); de 30-meter radiotelescoop van IRAM; en de Swedish-ESO Submillimeter Telescope.

Meer informatie

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië, met steun van de republiek Chili. ALMA wordt in Europa gefinancierd door de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), in Noord-Amerika door de National Science Foundation (NSF) van de VS in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en in Oost-Azië door de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan. De bouw en het beheer van ALMA worden namens Europa geleid door ESO, namens Noord-Amerika door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Cold Molecular Gas in Merger Remnants. I. Formation of Molecular Gas Discs’ van Ueda et al, dat in augustus 2014 in het tijdschrift Astrophysical Journal Supplement is verschenen.

Het onderzoeksteam bestaat uit Junko Ueda (JSPS-postdoc/National Astronomical Observatory of Japan [NAOJ]), Daisuke Iono (NAOJ/The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI]), Min S. Yun (University of Massachusetts), Alison F. Crocker (University of Toledo), Desika Narayanan (Haverford College), Shinya Komugi (Kogakuin University/NAOJ), Daniel Espada (NAOJ/SOKENDAI/Joint ALMA Observatory), Bunyo Hatsukade (NAOJ), Hiroyuki Kaneko (University of Tsukuba), Yoichi Tamura (University of Tokyo), David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Ryohei Kawabe (NAOJ/ SOKENDAI/University of Tokyo) en Hsi-An Pan (Hokkaido University/SOKENDAI/NAOJ)

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel op Astro-Ph

Contact

Junko Ueda
JSPS postdoctoral fellow/NAOJ
Tel: +88 422 34 3117
E-mail: junko.ueda@nao.ac.jp

Lars Lindberg Christensen
Head of ESO ePOD
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6761
Mobiel: +49 173 3872 621
E-mail: lars@eso.org

Masaaki Hiramatsu
NAOJ Chile Observatory EPO officer
Tel: +88 422 34 3630
E-mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media