Astronomen hebben een uitzonderlijk hete en dichte cluster van sterrenstelsels ontdekt, SPT2349-56, die slechts 1,4 miljard jaar na de oerknal ontstond. Deze bevinding daagt de huidige modellen van de evolutie van sterrenstelsels uit, wat erop wijst dat deze structuren zich veel sneller kunnen ontwikkelen dan eerder werd gedacht. De cluster bevat meer dan dertig sterrenstelsels, samengepakt in een relatief kleine ruimte – ongeveer 500.000 lichtjaar in doorsnee – en beschikt over een ongewoon hoge temperatuur voor zijn leeftijd.
Onverwacht snelle verwarming
De belangrijkste anomalie ligt in de extreme hitte van het intraclustermedium – het hete gas dat de ruimte tussen sterrenstelsels binnen de cluster vult. Wetenschappers verwachtten dat dit gas er miljarden jaren over zou doen om de temperatuur te bereiken die wordt waargenomen in volwassen clusters, vaak tientallen of honderden miljoenen graden Celsius. Het intraclustermedium van SPT2349-56 is echter minstens vijf keer heter dan voorspeld, wat erop wijst dat het verwarmingsproces veel sneller plaatsvond dan verwacht.
Deze opwarming wordt waarschijnlijk veroorzaakt door superzware zwarte gaten die zich in de sterrenstelsels van de cluster bevinden en die energie in hun omgeving pompen. De ontdekking impliceert dat deze zwarte gaten al veel eerder in de kosmische geschiedenis zeer actief en invloedrijk waren in het vormgeven van de evolutie van de cluster. De temperatuur van het cluster werd gemeten met behulp van het Sunyaev-Zeldovich-effect, dat de energieboost detecteert die wordt gegeven aan de overgebleven warmte van de oerknal (CMB-straling) wanneer deze in wisselwerking staat met het hete gas.
Een verschuiving in het begrijpen van clustervorming
Er zijn nog andere vroege clusters van sterrenstelsels gevonden, zoals z660D (ontdekt in 2019) en A2744z7p9OD (geïdentificeerd door JWST in 2023), maar deze werden geclassificeerd als protoclusters. Protoclusters zijn nog niet volledig door de zwaartekracht gebonden, wat betekent dat ze zich nog niet in een stabiele toestand hebben gevestigd. De huidige modellen voorspellen dat het miljarden jaren duurt voordat protoclusters instorten en hun intraclustermedium opwarmen tot de temperaturen die voorkomen in volwassen clusters. SPT2349-56 tart deze verwachting en suggereert dat ons begrip van clustervorming onvolledig is.
Hyperactieve stervorming stimuleert de groei
De sterrenstelsels in de cluster vormen verbazingwekkend snel sterren: vijfduizend keer sneller dan de Melkweg. Deze intense stervorming, in combinatie met de actieve zwarte gaten en de oververhitte atmosfeer, creëert een unieke omgeving die bestaande theorieën uitdaagt. Het compacte formaat van SPT2349-56 (ongeveer even groot als de halo van donkere materie in de Melkweg) suggereert dat de sterrenstelsels erin snel zullen blijven groeien.
“We willen uitzoeken hoe de intense stervorming, de actieve zwarte gaten en deze oververhitte atmosfeer op elkaar inwerken, en wat dit ons vertelt over hoe de huidige clusters van sterrenstelsels werden gebouwd”, aldus Zhou.
De ontdekking roept kritische vragen op over de wisselwerking tussen stervorming, activiteit van zwarte gaten en de snelle opwarming van het intraclustermedium in het vroege heelal. Verder onderzoek naar SPT2349-56 en soortgelijke systemen zou ons begrip van hoe clusters van sterrenstelsels zich vormen en evolueren, kunnen herschrijven.
