Toen het heelal slechts een tiende van zijn huidige leeftijd had, bestond er al een sterrenstelsel zoals de Melkweg. Dit betekent dat grote schijfvormige stelsels al veel eerder ontstonden dan astronomen dachten.
Met de ALMA-telescoop in Chili ontdekten astronomen het sterrenstelsel DLA0817g. Het heeft een grote stofschijf die met een snelheid van 272 kilometer per seconde ronddraait. Dat is vergelijkbaar met de Melkweg. ‘Tegenwoordig komen dit soort schijfsterrenstelsels veel voor’, mailt J. Xavier Prochaska van de Amerikaanse UC Santa Cruz. ‘De meeste sterrenstelsels ter grootte van de Melkweg hebben die vorm.’
1,5 miljard jaar na de oerknal
Maar DLA0817g is gemeten op circa 12 miljard lichtjaar afstand. Dat betekent dat we het stelsel zien zoals het er uitzag ongeveer 1,5 miljard jaar na de oerknal, die 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond. Dat is onverwacht. Eerdere metingen en theorieën voorspelden namelijk dat grote, roterende schijfstelsels pas 3 à 4 miljard jaar na de oerknal ontstonden.
De observatie van DLA0817g ‘daagt daarmee de huidige ideeën over hoe schijfstelsels in het heelal ontstaan en evolueren uit’, zegt de niet-betrokken astrofysicus Rachel Somerville van het Amerikaanse Flatiron Institute tegen ScienceNews.
De eerste sterrenstelsels ontstonden waarschijnlijk doordat donkere materie – het onzichtbare spul dat zich vermoedelijk op veel plekken in de ruimte bevindt – in het vroege heelal samenklonterde. Die clusters trokken gas en stof aan waar sterren en uiteindelijke hele sterrenstelsels uit ontstonden. Volgens observaties en computermodellen waren dergelijk gevormde sterrenstelsels klein en bolvormig.
Ontspoorde sterrenstelsels
Het huidige idee is dat vervolgens grote sterrenstelsels ontstonden doordat kleinere stelsels en gas samenkwamen. Dat ging er ruw aan toe: botsingen en hoge snelheden dwongen kleinere sterrenstelsels tot een groter geheel. ‘Dit levert meestal een trainwreck-sterrenstelsel op, geen nette, afgekoelde roterende schijf, zoals we zien bij DLA0817g en de Melkweg’, zegt Prochaska.
Die rommelige, bolvormige sterrenstelsels zouden pas een kalme schijf kunnen vormen als het gas erin afkoelt. Dat zou miljoenen tot miljarden jaren duren, wat het bestaan van schijfvormige sterrenstelsels in het vroege heelal onwaarschijnlijk maakt.
Hoe denken de sterrenkundigen de observatie van DLA0817g dan te verklaren? ‘Een mogelijk scenario is dat een klein sterrenstelsel een grote hoeveelheid gas opzoog’, zegt Prochaska. ‘Dat moet op een kalme manier gegaan zijn, waarbij het gas afkoelde en geleidelijk een roterende schijf vormde.’ Dit scenario is de laatste jaren getest in computermodellen en lijkt een realistische manier om al vroeg een schijfstelsel te vormen.
Extreem zeldzaam of alledaags
Nu het eerste bewijs is gevonden, is het de vraag hoe gebruikelijk schijfsterrenstelsels in het vroege heelal waren. ‘We denken dat ze ongebruikelijk zijn, maar niet extreem zeldzaam’, zegt Prochaska. ‘Maar we moeten eerst andere sterrenstelsels uit die tijd onderzoeken met ALMA, of de toekomstige James Webb ruimtetelescoop, om de werkelijke fractie te bepalen.’
Ook de niet-betrokken Australische onderzoekers Alfred Tiley pleit in een ‘News&Views’ artikel voor ‘meer observaties’. ‘Niettemin zullen de bevindingen astronomen opwinden en een nieuw tijdperk openen voor de studie van vroege vorming van sterrenstelsels’, besluit Tiley.