Met de NASA’s Hubble Ruimte Telescoop hebben Trinh Thuan, (Universiteit van Virginia) en Yuri Izotov (Astronomisch Observatorium van Kiev) de leeftijd bepaald van wat wel het jongste sterrenstelsel ooit waargenomen moet zijn. Op kosmische schaal is het pas een kleuter die uit de toon valt tussen de volwassen sterrenstelsels om hem heen. Het heet I Zwicky 18 en zou nog maar 500 miljoen jaar oud zijn. Ter vergelijking: 500 miljoen jaar geleden was er al complex leven op aarde. Ons melkwegstelsel is met zijn ongeveer 12 miljard jaar 20 keer zo oud als I Zwicky 18 en net zo oud als de meeste sterrenstelsels in het heelal. Dit laatgeboren stelsel biedt een zeldzaam kijkje in hoe de eerste kleine stelseltjes er in het vroege heelal er uit hebben gezien.

I Zwicky 18 hoort bij een verzameling van 30.000 nabije stelsels die de Zwitserse astronoom Fred Zwicky in de jaren ’30 samenstelde door de complete noordelijke hemel te fotograferen. Astronomen vermoedden al heel lang dat dit stelsel jonger was dan andere sterrenstelsels; het heeft nog een chemische oer-samenstelling. De extreem hoge gevoeligheid van Hubble maakte het mogelijk betrouwbare metingen te maken van alle sterren in het stelsel. Hierdoor konden ze de oudste ster van het stelsel identificeren, en zo een maximum stellen aan hoe oud het stelsel zelf is.

Het babystelsel is gedurende het grootste gedeelte van de evolutie van het heelal een koude oergaswolk van waterstof en helium gebleven. Terwijl ontelbaar veel sterrenstelsels overal in de ruimte opbloeiden begon deze laatbloeier pas 13 miljard jaar na de Big Bang met het actief maken van sterren en maakte het pas 500 miljoen jaar geleden zijn eerste explosieve groei van het aantal sterren door.

Het stelsel ligt maar op 45 miljoen lichtjaar afstand van ons vandaan – veel dichterbij dan andere jonge stelsels in het 14 miljard lichtjaar brede heelal – en I Zwicky 18 zou best wel eens de enige mogelijkheid zijn voor astromomen om in detail de elementen te bestuderen waaruit sterrenstelsels zijn opgebouwd. Het blijft een raadsel waarom het gas in dit dwerg-stelseltje er zo lang – bijna net zo lang als het heelal oud is – over heeft gedaan om onder invloed van de zwaartekracht in te storten en zo zijn eerste sterren te vormen.

Extreem dichtbij

“I Zwicky 18 is een echt jong sterrenstelsel”, zegt Trinh Thuan, hoogleraar sterrenkunde aan de universiteit van Virginia en co-auteur van het onderzoek met Yuri Izotov van het observatorium van Kiev. Izotov: “Dit is uitzondelijk omdat je zou verwachten dat jonge sterrenstelsels zich alleen ongeveer 1 miljard jaar na de Big bang zouden vormen, niet 13 miljard jaar later. We hadden daarom gedacht dat jonge stelsels erg ver weg zouden liggen, aan de rand van het waarneembare heelal, maar niet zo dicht in de buurt.”

Hoe verder weg we kijken, hoe verder terug we in de tijd kijken: het licht 12 miljard lichtjaar van een sterrenstelsel op 12 miljard lichtjaar afstand vertrok, komt namelijk nú pas bij ons aan: het licht heeft er al die tijd voor nodig om de enorme afstand te overbruggen. Daarom zien we ver verwijderde sterrenstelsels zoals ze er lang geleden uitzagen.

De vondst, die op 1 december werd gepubliceerd in het Astrophysical Journal, zorgt voor nieuwe kennis van de vorming van sterrenstelsels. Het I Zwicky 18 stelsel biedt een kijkje op hoe de vroege Melkweg er 13 miljard jaar uit gezien zou kunnen hebben. Goran Ostlin van het Stockholm Observatorium en Mustapha Mouhcine van de Universiteit van Nottingham observeerden het stelsel ook met de Hubble en schatten het stelsel iets ouder in maar nog steeds relatief jong.: 1 miljard jaar oud. Zij hebben met behulp van Hubble’s Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer een groep koele rode sterren gevonden die maar een beetje ouder zijn dan de sterren gezien door de Advanced Camera for Surveys De resultaten zullen worden gepubliceerd in het blad Astronomy & Astrophysics.

Om te bewijzen dat I Zwicky 18 een nieuw stelsel was moesten Thuan en Izotov aantonen dat het geen sterren van de eerste paar miljard jaar na de Big Bang bevatte. In de eerste paar miljard jaar na de Oerknal werd een groot gedeelte van de sterren in het heelal gevormd. Astronomen vermoedden al dat I Zwicky 18 uitzonderlijk jong was, maar ze moesten wachten tot de gevoelige Hubble kon detecteren of er zich geen oudere, zwakke rode reuzen in het dwergstelsel bevonden. De Advanced Camera for Surveys van Hubble has veel tijd nodig – 25 omlopen van Hubble om de aarde – om de zwakste sterren in het stelsel te vinden. Als er oude sterren in het stelsel waren geweest was het stelsels zelf ook oud geweest, net als alle andere bekende stelsels in het heelal.

Bouwsteen-stelsel

Sterrenkundigen denken dat grote sterrenstelsels zoals de Melkweg hierarchisch groeien, waarbij kleinere stelsels met elkaar versmelten tot grotere stelsels. Ongeveer zoals kleine riviertjes kunnen samenkomen en zo een grote rivier te vormen. I Zwicky 18 is een typisch voorbeeld van zo’n vroeg mini-stelseltje. “Deze mini-stelsels zo klein en zo lichtzwak dat je de meest gevoelige apparatuur nodig hebt om ze te bestuderen, zelfs als ze in de buurt liggen,” aldus Thuan.

Volgens Thuan is het feit dat het interstellaire gas “bijna maagdelijk” is en vooral uit waterstof en helium bestaat nog een bewijs voor de jeugd van I Zwicky 18. Waterstof en helium zijn de twee lichte elementen die gevormd werden tijdens de eerste 3 minuten na de Oerknal. I Zwicky 18 bevat slechts een paar sporen van andere, zwaardere elmenten zoals koolstof, stikstof, of zuurstof. Deze stoffen worden later gevormd in het hart van sterren. Het feit dat zware elementen zo goed als afwezig zijn geeft aan dat veel van het oergas in het stelsel zich niet tot sterren heeft gevormd en zo zwaardere elementen heeft gemaakt.