Na de Big Bang was het Universum volledig samengesteld uit oerelementen (waterstof, helium en lithium). Zwaardere elementen werden pas aangemaakt aan de hand van kernfusie reacties in de kern van sterren die vormden tijdens de eerste generaties van sterren in deze primordiale sterrenstelsels. Door het recycleren van interstellair gas doorheen verscheidene generaties van stervorming, werd dit gas geleidelijk aan verrijkt met zware elementen (of metalen). Een deel van deze metalen kon condenseren tot deeltjes - ook vaak stofkorrels genoemd - met een grootte die kan variëren van een miljardste tot een miljoenste van een meter. Oorspronkelijk werd gedacht dat deze stofkorrels enkel konden groeien in geëvolueerde sterren (die uitgegroeid zijn tot reuzen), waarna de stofkorrels terechtkomen in het interstellair medium. Recentelijk werd aangetoond dat deze stellaire stof productie onvoldoende is om de stofmassa's te verklaren die we waarnemen met Herschel en ALMA in sterrenstelsels. Een alternatieve manier om het merendeel van het stof in sterrenstelsels te produceren werd naar voor geschoven waarin stof is verondersteld te groeien door de aangroei van zware elementen op de mantels van reeds bestaande stofkorrels.  

Aangezien het interstellaire medium van de eerste generatie van sterrenstelsels nog grotendeels dient verrijkt te worden met zware elementen, wordt vaak verondersteld dat slechts een kleine hoeveelheid stof kan groeien in deze sterrenstelsels in het vroege Universum omwille van hun lage metaalfracties. Maar de waarnemingen van grote hoeveelheden interstellair stof in sterrenstelsels wanneer het universum slechts een paar honderden miljoenen jaren oud was, lijken niet te stroken met deze veronderstelling en vereisen een efficiënte stofproductie afkomstig van ofwel stellaire bronnen of de groei van stofkorrels in het interstellaire medium.

Met dit project willen we eerst en vooral betrouwbare stofmassa's afleiden voor een statistische verzameling van sterrenstelsels in het vroege Universum (bv. het ALMA-waarnemingsprogramma REBELS dat sterrenstelsels met roodverschuivingen van z=6.5 tot z=9 waarneemt en waar de PI lid van is). Door de weinige datapunten die de spectrale energie distributie van deze verafgelegen sterrenstelsels karakteriseert, is het een onbegonnen opgave om stofmassa's met een grote nauwkeurigheid af te leiden. We stellen voor om een Bayesian modelleringstechniek (Lamperti, Saintonge, De Looze+ 2020, Lamperti+ in prep.) toe te passen om de stofmassa's met een betere nauwkeurigheid af te leiden. Vervolgens willen we de stofmassa's van deze jonge sterrenstelsels interpreteren met onze Dust and Element evolUtion modelS (De Looze+2020). Deze modellen die de relatieve bijdragen van verscheidene stofproductie (stellaire bronnen, interstellaire stofgroei) en -destructie (e.g., stervorming, supernova schokken) processen bijhouden, zijn momenteel toegespitst op het modelleren van nabijgelegen sterrenstelsels. Wij stellen voor om deze modellen uit te breiden zodat ook de stofvorming en -vernietiging kan gemodelleerd worden in het vroege Universum. Door onze modellen aan te passen en stofrijke sterrenstelsels in het vroege Universum te modelleren, hopen we verder inzicht te verwerven in het dominante stofvormingsproces (stellaire bronnen of aangroei in interstellaire wolken).

Dit project en z'n twee onderdelen is ideaal voor een 2-jaar durende post-doctorale positie.