Astronomen hebben gebruik gemaakt van een zeldzaam kosmisch fenomeen dat bekend staat als het Einsteinkruis om diep in het vroege heelal te kijken en een sterrenstelsel bloot te leggen dat de huidige evolutietheorieën tart. De ontdekking van het sterrenstelsel J1453g heeft een ‘jong’ sterrenstelsel aan het licht gebracht met daarin sterren die er verrassend oud en volwassen uitzien, wat ons begrip van de ontwikkeling van sterrenstelsels in de loop van miljarden jaren op de proef stelt.
De mechanica van een Einstein-kruis
Om deze ontdekking te begrijpen, moet men eerst het fenomeen van zwaartekrachtlenzen begrijpen. Gebaseerd op de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, vervormen massieve objecten het weefsel van de ruimtetijd. Wanneer licht van een verre bron dichtbij een massief object passeert, wordt zijn pad door deze kromming gebogen, waardoor het lijkt op een gigantisch vergrootglas in de ruimte.
In de meeste gevallen ontstaat hierdoor een ‘Einstein-ring’. Wanneer de uitlijning tussen de waarnemer (de aarde), het massieve object op de voorgrond en de verre lichtbron echter vrijwel perfect is, kan het licht in meerdere afzonderlijke beelden worden opgesplitst. Deze zeldzame configuratie staat bekend als een Einstein Cross.
In dit specifieke geval:
– De lens: Het elliptische sterrenstelsel J1453g.
– De Bron: Een verre quasar (een regio die wordt aangedreven door een superzwaar zwart gat).
– Het resultaat: De quasar verschijnt als vier verschillende lichtpunten, gerangschikt in een kruisvorm, waardoor wetenschappers het voorgrondstelsel met ongekende precisie kunnen “wegen”.
Een sterrenstelsel buiten de tijd
De waarnemingen geven een momentopname van het heelal zoals het ongeveer 8 miljard jaar geleden bestond, een tijd waarin de kosmos minder dan 6 miljard jaar oud was. Hoewel J1453g technisch gezien een ‘primordiaal’ sterrenstelsel in zijn ontwikkelingsstadia is, komt zijn samenstelling opvallend veel overeen met de Melkweg – een veel volwassener sterrenstelsel.
Normaal gesproken verwachten astronomen dat de centrale gebieden van elliptische sterrenstelsels zich snel zullen vormen en zullen worden gedomineerd door sterren met een lage massa. J1453g presenteert echter een andere realiteit. De massaverdeling en de samenstelling van de sterren weerspiegelen de structuur van een balkspiraalstelsel zoals het onze, en niet het verwachte profiel van een elliptisch stelsel uit die tijd.
Uitdagende kosmologische modellen
De ontdekking roept belangrijke vragen op over de tijdlijn van de galactische evolutie. Het feit dat zo’n ‘jong’ sterrenstelsel zulke ‘volwassen’ sterren bezit, suggereert dat de processen van stervorming en galactische groei veel complexer zijn dan de huidige modellen suggereren.
Onderzoekers hebben twee primaire theorieën voorgesteld om deze discrepantie te verklaren:
1. Langzame evolutie: Sommige elliptische sterrenstelsels kunnen zich veel langzamer vormen dan eerder werd gedacht, waardoor de ontwikkeling van sterren met een hogere massa in hun kernen mogelijk is.
2. Galactische botsingen: Het sterrenstelsel heeft mogelijk een gewelddadige transformatie ondergaan, zoals een fusie met een ander sterrenstelsel, waardoor de rijping ervan is versneld.
‘Het feit dat hun samenstelling sterk lijkt op wat we vandaag de dag in de Melkweg zien, in een compleet andere omgeving en in een totaal ander tijdperk, is verrassend’, zegt Quirino D’Amato van het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica.
Conclusie
Door het Einstein Cross als natuurlijke telescoop te gebruiken, hebben astronomen een uiterst nauwkeurig beeld gekregen van de adolescentie van het universum. Deze ontdekking suggereert dat de geschiedenis van enorme kosmische structuren veel dynamischer en onvoorspelbaarder is dan de wetenschap eerder had aangenomen.
