Draaiend filament onthult vroege ontwikkeling van sterrenstelsels

Filamenten van het kosmische web doorkruisen het heelal op de grootste ruimtelijke schalen. Deze lange, vezelachtige structuren bestaan uit verdunde gaswolken, stof en waarschijnlijk ook donkere materie. Aan die filamenten hangen sterrenstelsels en clusters, wat het geheel een uiterlijk geeft alsof het een veld is met dauwdruppels. Nieuw onderzoek wijst erop dat zulke filamenten niet per se stilstaande, bevroren objecten zijn, maar dynamische structuren met bewegingen op grote schaal.

Observaties van een nabijgelegen filament

Onderzoekers onder leiding van Madalina Tudoracheová van de University of Oxford bestudeerden een relatief dicht bij ons gelegen filament, op een afstand van ongeveer 140 miljoen lichtjaar. Hun aandacht ging uit naar een compacte groep van 14 sterrenstelsels die omgeven is door een smalle waterstofwolk. Die wolk heeft een lengte van ongeveer 5,5 miljoen lichtjaar en een breedte van circa 117 duizend lichtjaar. Deze gedetailleerde waarnemingen maken het mogelijk om bewegingen binnen het filament op te helderen.

De kleine groep bevindt zich ingebed in een veel groter filament dat meer dan 280 andere sterrenstelsels bevat en een totale lengte van rond de 50 miljoen lichtjaar heeft. Door de rotatie van individuele sterrenstelsels te meten en die rotatie te vergelijken met hun positie binnen het filament, concludeerden de onderzoekers dat het hele filament een collectieve draaiing vertoont. De geschatte rotatiesnelheid van het filament ligt rond de 110 kilometer per seconde, waarmee het tot een van de grootste draaiende structuren behoort die tot nu toe waargenomen zijn.

Waarom deze ontdekking belangrijk is

Het bestudeerde filament is relatief jong en ongestoord. Het bevat veel gasrijke sterrenstelsels, een aanwijzing dat het in een vroeg stadium van ontwikkeling verkeert. Gasrijke sterrenstelsels kenmerken zich vaak door actieve stervorming: het aanwezige neutrale waterstof (H I) en ander interstellair gas vormen de grondstof voor nieuwe sterren. Daarom biedt dit filament een unieke gelegenheid om de beginfasen van galactische evolutie te bestuderen.

Daarnaast zijn gasrijke sterrenstelsels uitstekende tracers voor de beweging van intergalactisch gas binnen filamenten. Omdat het gas helder reageert op dynamische invloeden, kunnen astronomen via observaties van dat gas inzicht krijgen in de grootschalige bewegingen en krachten binnen het filament. Dat helpt bij het reconstrueren van de geschiedenis en het huidige dynamische gedrag van deze immense structuren.

Invloed van filamenten op sterrenstelsels

De nieuwe waarnemingen tonen aan dat filamenten een groter effect op afzonderlijke sterrenstelsels hebben dan eerder aangenomen. De omgeving binnen een filament lijkt de morfologie van sterrenstelsels te beïnvloeden, evenals hun rotatie-eigenschappen en hun stervormingsactiviteit. Dit suggereert dat lokale dynamica binnen het kosmische web een belangrijke rol speelt in hoe sterrenstelsels groeien en zich ontwikkelen.

Door te begrijpen hoe filamenten materie aanvoeren en verdelen, kunnen wetenschappers beter verklaren waarom sommige sterrenstelsels snel nieuwe sterren vormen terwijl andere eerder inactief blijven. Filamentrotatie en interne stromingen kunnen gas samenpersen of juist verspreiden, wat directe gevolgen heeft voor de condities waarin sterren ontstaan.

Meting en methoden

De conclusie over de draaiing van het filament is afgeleid uit systematische metingen van de rotatiesnelheden van individuele sterrenstelsels en de richting van hun rotatie in relatie tot hun positie binnen het filament. Door patronen in deze gegevens te herkennen konden de onderzoekers afleiden dat de uiteenlopende rotaties niet willekeurig waren, maar samenhingen met een grootschalige beweging van het filament zelf.

Dergelijke studies vereisen nauwkeurige waarnemingen van neutraal waterstof en andere gascomponenten, gecombineerd met metingen van sterbewegingscurven in de afzonderlijke sterrenstelsels. Het resultaat is een samenhangend beeld van een filament dat actief materie transporteert en dynamisch evolueert.

Betekenis voor kosmologie en toekomstig onderzoek

De observatie van rotatie op deze schaal vormt een uitdaging én een aanzet tot verfijning van bestaande kosmologische modellen. Het toont dat dynamische processen in het kosmische web kunnen doorwerken tot op het niveau van individuele sterrenstelsels. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het vergelijken van meerdere filamenten om te bepalen hoe vaak dergelijke rotaties voorkomen en wat de onderliggende oorzaken zijn.

Grootschalige surveys en gerichte waarnemingen van gasrijke systemen zullen helpen om de frequentie van draaiende filamenten te bepalen en om beter te begrijpen hoe deze structuren bijdragen aan de vorming van sterren en zwarte gaten in het universum.

Veelgestelde vragen

1. Wat is een filament van het kosmische web?

Een filament is een langgerekte structuur in het kosmische web, opgebouwd uit verdund gas, stof en donkere materie, waarin sterrenstelsels en clusters zijn ingebed. Filamenten verbinden grotere knooppunten zoals galaxy clusters en vormen de ruggengraat van de grootschalige structuur van het heelal.

2. Hoe meten wetenschappers rotatie van zulke grote structuren?

Onderzoekers meten rotatie door de rotatiesnelheden van individuele sterrenstelsels en de beweging van intergalactisch gas te analyseren. Patronen in deze bewegingen, in samenhang met de ruimtelijke positie van sterrenstelsels, kunnen wijzen op collectieve bewegingen van het gehele filament.

3. Wat betekent het dat het filament 'jong en ongestoord' is?

Dat wil zeggen dat het filament relatief weinig verstoring heeft ondergaan door bijvoorbeeld fusies of sterke externe invloeden en een groot aandeel gasrijke sterrenstelsels bevat. Dit duidt op een vroege fase van evolutie waarin nog veel stervorming plaatsvindt.