COSMOS-z3.1-A: een kosmische reus in aanbouw

COSMOS-z3.1-A is een uitzonderlijk massief proto-supercluster: een enorme structuur van sterrenstelsels die nog volop in opbouw is. Astronomen zien haar op roodverschuiving 3,1, in een tijd waarin het heelal ongeveer 2,1 miljard jaar oud was. Daarmee is dit de verst bekende voorloper van een supercluster van sterrenstelsels — een directe blik op de vorming van de grootste structuren in het huidige heelal. 15

Ongeveer 5.000 Melkwegen zwaar

De geschatte massa van COSMOS-z3.1-A is ongeveer 5.000 keer die van de Melkweg. Simulaties en schattingen op basis van de gemeten overdichtheid wijzen erop dat de structuur tegen de huidige tijd kan uitgroeien tot een clustercomplex dat zwaarder is dan de Comacluster, een van de grootste bekende nabije clusters van sterrenstelsels. Dat is echter geen rechtstreekse meting van de toekomstige massa: zulke voorspellingen hangen af van de gebruikte modellen. 2510

Geen afgeronde cluster, maar een netwerk in aanbouw

COSMOS-z3.1-A is geen rustige, bolvormige en volledig samengekomen cluster. De structuur bestaat uit meerdere dichte, klonterige protoclusterkernen, verspreid over ongeveer 90 × 70 × 60 comovende megaparsec. Langwerpige structuren, waarschijnlijk filamenten, lijken materie naar die kernen te voeren. 1

Juist die ligging maakt de vondst bijzonder: COSMOS-z3.1-A bevindt zich in een extreem dicht gebied waar draden van het kosmische web samenkomen. Dat web is de grootschalige verdeling van materie in het heelal, waarin sterrenstelsels en donkere materie zich langs filamenten concentreren. Zo'n massieve structuur op dit vroege moment in de kosmische geschiedenis is zeldzaam. 1

Zo brachten onderzoekers de structuur in kaart

De ODIN-survey gebruikte smalbandopnamen, vooral met DECam, om grote concentraties van sterrenstelsels te vinden die Lyman-alfa-straling uitzenden op de juiste roodverschuiving. Vervolgens bevestigde het team met spectroscopische gegevens van DESI, aangevuld met gerichte waarnemingen met Gemini South/GMOS en Keck II/DEIMOS, de afstanden van individuele sterrenstelsels.

Daardoor konden de onderzoekers een tweedimensionale verdichting aan de hemel omzetten in een driedimensionale kaart. De verdeling van de sterrenstelsels maakte ook de filamenten zichtbaar die de dichte kernen met elkaar verbinden. 1

Steun voor groei van klein naar groot

De ontdekking past bij het standaardbeeld van hiërarchische structuurvorming. Daarin ontstaan eerst kleinere halo's van donkere materie en groepen sterrenstelsels. Die trekken vervolgens materiaal aan en groeien door fusies langs filamenten uit tot clusters en superclusters.

COSMOS-z3.1-A lijkt precies zo'n tussenfase te tonen: meerdere afzonderlijke protoclusters in een netwerk van filamenten, in plaats van één al volledig gevormde reuzencluster. 110

Los van de recente JWST-puzzel

De vondst staat los van een ander resultaat van de James Webb-ruimtetelescoop (JWST), dat draait om de sterren binnen zware vroege sterrenstelsels. Spectra van een kleine steekproef wijzen erop dat sommige daarvan onverwacht veel zwakke sterren met lage massa bevatten. Als dat beeld breder wordt bevestigd, kan de geschatte stellaire massa van zulke sterrenstelsels ongeveer drie- tot viermaal hoger liggen. 4913

COSMOS-z3.1-A biedt wel een mogelijke omgevingsfactor voor snelle groei van sterrenstelsels: zeer dichte knooppunten die steeds materiaal krijgen aangevoerd via het kosmische web. Maar dat verklaart nog niet automatisch waarom sterrenstelsels zo snel sterren konden vormen, of waarom hun verdeling van stermassa's mogelijk afwijkt van wat astronomen verwachtten.

Meer kandidaten met Rubin Observatory

De Legacy Survey of Space and Time (LSST) van het Vera C. Rubin Observatory moet de komende jaren diepe, brede opnamen in meerdere kleuren leveren. Daarmee kunnen veel meer kandidaat-verdichtingen uit het vroege heelal worden opgespoord en systematischer worden onderzocht. Voor nauwkeurige driedimensionale posities en de dynamische geschiedenis van zulke structuren blijven spectroscopische metingen noodzakelijk. Rubin Observatory is inmiddels met LSST-waarnemingen begonnen. 13