Groot roterend filament van 14 sterrenstelsels ontdekt

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de University of Oxford heeft een uitzonderlijke, langgerekte keten van sterrenstelsels ontdekt die mogelijk de grootste draaiende structuur in het waarneembare universum vormt. De vondst bestaat uit 14 waterstofrijke sterrenstelsels die op een rij liggen binnen een veel groter kosmisch filament en waarvan veel exemplaren in dezelfde draairichting lijken te draaien als de gehele structuur.

Wat is er gevonden?

De nieuwe structuur is een dunne, uitgerekte keten van 14 sterrenstelsels met een lengte van ongeveer 5,5 miljoen lichtjaar en een breedte van circa 117.000 lichtjaar. Deze keten bevindt zich binnen een groter filament van het kosmische web dat meer dan 280 sterrenstelsels bevat en een totale lengte van ongeveer 50 miljoen lichtjaar. De gehele structuur staat op een afstand van rond de 240 miljoen lichtjaar van de aarde.

Opmerkelijk is dat veel van de waargenomen sterrenstelsels dezelfde draairichting tonen als het filament zelf, in een mate die moeilijk te verklaren is als het patroon van rotatie helemaal willekeurig zou zijn. De sterrenstelsels aan beide zijden van de centrale as van het filament bewegen in tegengestelde richtingen, wat erop wijst dat de hele keten een collectieve rotatie uitvoert.

Waarom is dit belangrijk?

Deze observatie zet vraagtekens bij bestaande modellen voor de vorming en evolutie van sterrenstelsels. Als structuren op zulke grote schaal invloed kunnen uitoefenen op de spins van individuele sterrenstelsels — en dat langere tijd volhouden — dan moeten theorieën over het ontstaan van draaimomenten en galactische evolutie mogelijk worden aangepast. De onderzoekers vergelijken het fenomeen met een draaimolen: elke sterrenstelsel is als een draaiende “beker”, terwijl ook het hele platform, het filament, roteert.

"Deze structuur is uitzonderlijk niet alleen vanwege haar omvang, maar ook door de combinatie van spinuitlijning en rotatiebeweging," zegt Lyala Jung, onderzoeker verbonden aan Oxford en een van de auteurs van het onderzoeksartikel. "Elke galaxie gedraagt zich als een draaiende beker, terwijl het filament als geheel meedraait. Dit biedt een ongebruikelijk inzicht in hoe sterrenstelsels hun rotatie van grotere structuren kunnen verkrijgen."

Wat zegt de samenstelling?

De 14 sterrenstelsels in de keten zijn rijk aan waterstof, het basismateriaal waaruit nieuwe sterren ontstaan. Dit wijst erop dat deze systemen zich in een relatief vroege of actieve fase van ontwikkeling bevinden en dat zij actief gas verzamelen of vasthouden dat nodig is voor stervorming. Omdat het filament als geheel jong en weinig verstoord lijkt, biedt het een uitstekende gelegenheid om vroege stadia van galactische evolutie te bestuderen.

Madălina Tudorache, eveneens medeauteur van de studie, omschrijft het filament als een fossiel van kosmische stromen dat helpt reconstrueren hoe sterrenstelsels hun draaimomenten verwerven en hoe ze door de tijd heen groeien.

Hoe is het waargenomen?

De ontdekking is tot stand gekomen door een combinatie van radiowaarnemingen en optische surveys. Voor het detecteren van neutraal waterstofgas maakten de onderzoekers gebruik van waarnemingen met de krachtige radiotelescoop MeerKAT in Zuid-Afrika. Deze radiogegevens werden gecombineerd met optische spectroscopie en kaartmateriaal uit grootschalige projecten zoals het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) en de Sloan Digital Sky Survey (SDSS). De gezamenlijke datasets maakten het mogelijk zowel de ruimtelijke opstelling als de bewegingen van de sterrenstelsels binnen het filament nauwkeurig in kaart te brengen.

Implicaties voor kosmologie en simulaties

Als dergelijke grote, draaiende filamenten wijdverbreid blijken te zijn, dan zullen kosmologische simulaties en theoretische modellen moeten uitleggen hoe zulke coherent roterende structuren ontstaan en onderhouden blijven. Momenteel voorspellen veel modellen dat spins van sterrenstelsels vooral door lokale processen en toevallige accretie worden beïnvloed, maar de nieuwe observaties suggereren dat grootschalige stromingen binnen het kosmische web mogelijk een sterkere of langdurigere rol spelen.

Verder onderzoek met MeerKAT en andere instrumenten zal moeten uitwijzen of dit filament een uitzonderlijk geval is of een aanwijzing voor een meer algemene eigenschap van het universum. Het combineren van radiogegevens met diepgravende optische en infrarode waarnemingen zal helpen om de dynamica en het gasreservoir van deze structuren verder te karakteriseren.

Veelgestelde vragen

• Wat is een kosmisch filament?

  

  Een kosmisch filament is een van de grootste structuren in het universum: een draadachtige concentratie van sterrenstelsels en donkere materie die samen het kosmische web vormen. Ze fungeren als kanalen waarlangs materie stroomt naar clusters en afzonderlijke sterrenstelsels.

• Waarom is de draairichting van sterrenstelsels belangrijk?

  De draairichting (spin) van een sterrenstelsel bevat informatie over zijn vormingsgeschiedenis en de krachten die daarop inwerken. Als veel sterrenstelsels dezelfde draairichting hebben als hun omringende filament, wijst dat op invloed van grootschalige dynamische processen in het kosmische web.

• Hoe helpt waterstof bij het onderzoek?

  Neutraal waterstof is het basismateriaal voor stervorming en straalt in het radiofrequentiebereik dat instrumenten zoals MeerKAT kunnen detecteren. Door waterstof te meten, kunnen wetenschappers het gasreservoir bepalen en assimileerprocessen in sterrenstelsels bestuderen.

• Betekent dit dat onze theorieën fout zijn?

  Niet per se fout, maar de observaties geven aan dat huidige modellen mogelijk incompleet zijn wat betreft de invloed van grootschalige structuren op galactische spins. Verdere studies en simulaties zijn nodig om modellen bij te stellen of te bevestigen.

De ontdekking van deze roterende keten biedt een zeldzame blik op hoe grootschalige kosmische stromingen de eigenschappen van individuele sterrenstelsels kunnen vormgeven. Toekomstige waarnemingen en theoretische analyses zullen cruciaal zijn om te bepalen of dit fenomeen wijdverbreid is en hoe het past in het bredere verhaal van galactische evolutie.