16 augustus 2017

Winden van superzware zwarte gaten baren sterren

Artist’s impression van sterren die geboren worden in de winden van superzware zwarte gaten

Bij waarnemingen met ESO’s Very Large Telescope is ontdekt dat in de krachtige materiestromen die door superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels worden uitgestoten sterren kunnen ontstaan. Het is voor de eerst dat waarnemingen hebben bevestigd dat in zo’n extreme omgeving stervorming kan optreden. De ontdekking heeft allerlei gevolgen voor ons begrip van de eigenschappen en de evolutie van sterrenstelsels. De resultaten worden in het tijdschrift Nature gepubliceerd.

Een team van Europese astronomen, onder Britse leiding, heeft de instrumenten MUSE en X-shooter van de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal, in het noorden van Chili, gebruikt om een botsing te onderzoeken die aan de gang is tussen twee sterrenstelsels. De intergalactische botsing, die IRAS F23128-5919 wordt genoemd, speelt zich af op ongeveer 600 miljoen lichtjaar van de aarde. De astronomen hebben de kolossale winden of uitstromen van materie waargenomen die ontstaan in de omgeving van het superzware zwarte gat in het hart van het meest zuidelijke stelsel van de twee. Daarbij hebben zij duidelijke bewijzen gevonden dat daarin sterren worden geboren1.

X-Shooter onder de VLT

Zulke galactische uitstromen worden aangedreven door de enorme hoeveelheid energie die door de turbulente actieve kernen van sterrenstelsels worden geproduceerd. In de kernen van de meeste sterrenstelsels houden zich superzware zwarte gaten schuil, en bij het opslokken van materie verhitten zij het omringende gas zodanig, dat het in de vorm van krachtige, dichte winden het moederstelsel uit wordt geblazen2.

Astronomen vermoedden al een tijdje dat de omstandigheden in deze uitstromen geschikt konden zijn voor stervorming, maar nog niemand had het zien gebeuren, omdat het zeer moeilijk waarneembaar is,’ aldus teamleider Roberto Maiolino van de Universiteit van Cambridge. ‘Onze resultaten zijn opwindend, omdat ze ondubbelzinnig aantonen dat er sterren in deze uitstromen ontstaan.

Het team stelde zich tot doel om eventuele sterren in de uitstroom, en het gas dat hen omhult, rechtstreeks waar te nemen. Met behulp van twee van de spectroscopische instrumenten van wereldklasse van de VLT – MUSE en X-shooter – konden zij de eigenschappen van het uitgezonden licht heel gedetailleerd onderzoeken en zo de bron ervan bepalen.

Van de straling van jonge sterren is bekend dat zij nabije gaswolken op een karakteristieke manier aan het gloeien brengt. De extreme gevoeligheid van X-shooter stelde het team in staat om andere mogelijke oorzaken van deze gloed, zoals schokgolven in het gas of de actieve kern van het sterrenstelsel zelf, uit te sluiten.

Vervolgens wist het team een onmiskenbare rechtstreekse detectie te doen van een populatie van jonge sterren in de uitstroom3. Vermoed wordt dat deze sterren hooguit enkele tientallen miljoenen jaren oud zijn, en een voorlopige analyse wijst erop dat ze heter en helderder zijn dan sterren die in een minder extreme omgeving, zoals de schijf van een sterrenstelsel, ontstaan.

Als verder bewijs hebben de astronomen ook de beweging en snelheid van deze sterren gemeten. Het licht van de meeste sterren in het gebied wijst erop dat zij zich met zeer grote snelheden van het centrum van het sterrenstelsel verwijderen – precies wat je verwacht bij objecten die deel uitmaken van een stroom van snel bewegende materie.

Mede-auteur Helen Russell (Institute of Astronomy, Cambridge, VK) licht toe: ‘De sterren die in de wind nabij het centrum van het stelsel ontstaan, zouden kunnen afremmen en zelfs rechtsomkeert kunnen maken, maar de sterren die zich verderop in de uitstroom vormen worden minder hard afgeremd en zouden uit het stelsel kunnen ontsnappen.

De ontdekking verschaft nieuwe, spannende informatie die aantal astrofysische vraagstukken kan helpen oplossen, zoals de vraag hoe bepaalde sterrenstelsels hun vorm weten te houden4; hoe de intergalactische ruimte verrijkt kan zijn met zware elementen5; en zelfs waar de raadselachtige kosmische infrarood-achtergrondstraling vandaan zou kunnen komen6.

Maiolino kijkt met spanning uit naar de toekomst: ‘Als in de meeste galactische uitstromen inderdaad stervorming optreedt, zoals sommige theorieën voorspellen, dan moeten de bestaande scenario’s voor de evolutie van sterrenstelsels misschien wel compleet worden herschreven.’ Bron: ESO.

Noten
  1. De stervorming in de uitstromen heeft een razend tempo. Volgens de astronomen wordt per jaar ongeveer 30 zonsmassa’s aan nieuwe sterren geproduceerd. Dat komt overeen met een kwart van de totale sterproductie in de twee samensmeltende sterrenstelsels []
  2. De uitstoot van gas in de vorm van een galactische uitstroom heeft tot gevolg dat het stelsel aan gas-armoede gaat lijden. Dat zou de reden kunnen zijn waarom de sterproductie in sommige sterrenstelsels op een zeker moment stilvalt. Hoewel deze uitstromen hoogstwaarschijnlijk worden aangedreven door superzware centrale zwarte gaten, is het ook denkbaar dat ze worden veroorzaakt door supernova-explosies in een kern waarin in zeer hoog tempo nieuwe sterren worden geproduceerd []
  3. Dit werd bereikt door signaturen te detecteren die karakteristiek zijn voor populaties van jonge sterren en die een snelheidspatroon vertonen dat overeenkomt met wat je verwacht van sterren die in een snelle uitstroom ontstaan. []
  4. Spiraalstelsels vertonen een duidelijke schijfstructuur met een centrale verdikking van sterren en zijn omgeven door een diffuse wolk van sterren die halo wordt genoemd. Elliptische sterrenstelsels bestaan grotendeels uit deze bolvormige componenten. Uitstroomsterren die uit de schijf van het stelsel worden verstoten zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor de vorming van deze galactische structuren. []
  5. Hoe de ruimte tussen de sterrenstelsels – het intergalactische medium – met zware elementen wordt verrijkt is een openstaand probleem, maar de uitstroomsterren zouden de oplossing kunnen zijn. Als zij uit het sterrenstelsel verstoten worden en vervolgens als supernova’s ontploffen, zouden de zware elementen die zij bevatten aan dit medium worden toegevoegd. []
  6. De kosmische infrarood-achtergrondstraling, die vergelijkbaar is met de beroemdere kosmische microgolf-achtergrondstraling, is een zwakke gloed in het infrarode deel van het spectrum die ons vanuit alle richtingen lijkt te bereiken. Voor de herkomst ervan is nog nooit een bevredigende verklaring gevonden. Een populatie van uitstroomsterren die de intergalactische ruimte in is geschoten zou aan dit licht kunnen bijdragen. []

Laat wat van je horen

*