17 december 2018

Reusachtige sterrenstelsels eten van twee walletjes

Voorbeeld van een lichtring. Het licht is afkomstig van vergelegen object, waarvan het licht is vervormd door een “lens” op de voorgrond (niet zichtbaar). De grootte en vorm van de lichtring kan ons meer vertellen over de eigenschappen van de lens. Klik voor een veel grotere versie.

Astronomen hebben ontdekt dat de centra van grote sterrenstelsels in de loop van de tijd steeds compacter worden. Dat betekent dat de grootste sterrenstelsels in het heelal, de zogenaamde elliptische reuzenstelsels, regelmatig met elkaar in botsing moeten zijn gekomen. Dit staat haaks op eerdere onderzoeken, die hebben uitgewezen dat elliptische reuzenstelsels juist groeien door het opslokken van kleinere sterrenstelsels. De nieuwe studie is uitgevoerd door gegevens uit de Sloan Digital Sky Survey (de grootste ‘kaart’ van het heelal ooit gemaakt) te combineren met waarnemingen van de Hubble Space Telescope. Men heeft vooral gekeken naar zogenaamde gravitatielenzen.

Een gravitatielens werkt als volgt: stel dat tussen de aarde en een vergelegen sterrenstelsel zich een grote concentratie massa bevindt (bijvoorbeeld een ander sterrenstelsel). Dan werkt het tussengelegen stelsel als een lens, waardoor het licht van het verder gelegen stelsel wordt versterkt én vervormd. Door deze vervorming ontstaat er een ring of gedeeltelijke ring van licht rondom de lens. De grootte van deze lichtring kan ons dan meer vertellen over de massa van de lens en over de wijze waarop deze massa is verdeeld.Nou, in het onderzoek heeft men dus 79 van dit soort lenzen bestudeerd. Al deze lenzen bestaan uit enorme elliptische reuzenstelsels op verschillende afstand (dus van verschillende leeftijd). Uit het onderzoek blijkt dat elliptische reuzenstelsels in de afgelopen 6 miljard jaar steeds compacter zijn geworden. Met andere woorden: de sterdichtheid in de kern van zo’n stelsel wordt steeds hoger. Maar wat betekent dat precies?Laten we eerst eens uitleggen wat een elliptisch reuzenstelsel is. Ten eerste is de vorm van zo’n stelsel opmerkelijk. In tegenstelling tot spiraalstelsels zoals onze Melkweg, die min of meer een schijfvorm hebben, zijn elliptische stelsels bolvormig. Ten tweede bevat een elliptisch reuzenstelsel veel meer sterren dan een spiraalstelsel: soms wel een triljoen (!) sterren. Ten derde zijn de meeste sterren in een elliptisch stelsel oud: zo’n stelsel bevat weinig gas om nieuwe sterren van te maken.

Voorbeeld van een elliptisch reuzenstelsel. Zo’n stelsel ziet er nogal saai uit in vergelijkingen met spiraalstelsels als het onze. Toch is de massa en sterdichtheid enorm: een elliptisch reuzenstelsel kan 10, 100 of soms zelfs 1000 keer meer sterren bevatten dan een spiraalstelsel als onze Melkweg. Klik voor een veel grotere versie.

Goed, elliptische reuzenstelsels zijn dus enorme, bolvormige sterrensteden, die vooral uit oudere sterren bestaan. Maar hoe ontstaat zo’n stelsel precies? Voorgaande onderzoeken hebben uitgewezen dat elliptische stelsels het eindproduct zijn van honderden botsingen tussen kleinere stelsels. Hoe gaat dat in z’n werk? Wel, als een kleiner stelsel in de buurt van een elliptisch stelsel komt, zorgt de zwaartekracht van het grotere stelsel ervoor dat het kleinere stelsel uiteen wordt getrokken. De sterren van het kleinere stelsel worden dan toegevoegd aan het grotere stelsel. Maar waar komen die stelsel dan terecht? Precies waar je ze zou verwachten: aan de buitenkant van het elliptische reuzenstelsel. Zo’n stelsel wordt dan steeds groter. Laten we nu teruggaan naar het onderzoek. Zoals gezegd, heeft men gekeken naar elliptische reuzenstelsels die als lens fungeren. Hierdoor wordt het licht van een verder gelegen stelsel verbogen, waardoor er een ring van licht rondom de lens ontstaat. Hoe groter de ring, hoe massiever de lens. De vorm van de ring geeft dan een indicatie van de dichtheid van de lens. Hieruit blijkt dat sommige elliptische reuzenstelsels niet alleen steeds massiever worden, maar ook steeds compacter. Een dieet van kleinere stelsels kan dit niet verklaren: een elliptisch stelsel wordt dan wel massiever, maar niet compacter. De ‘nieuwe’ sterren blijven immers aan de buitenkant. Maar bij de lenzen uit het onderzoek komen de nieuwe sterren juist in het centrum terecht (waardoor ze compacter worden). Hoe kan dat? Men heeft toen computersimulaties gedraaid om de waargenomen massa-verdeling te reproduceren. En wat blijkt? Als een elliptisch reuzenstelsel in botsing komt met een ánder elliptisch reuzenstelsel, penetreren ze elkaar diep, waardoor meer sterren in het centrum terecht komen. Blijkbaar eten elliptische reuzenstelsel van twee walletjes: ze eten kleine stelsels als voorgerecht en soortgenoten als hoofdgerecht. De voorgerechten zorgen ervoor dat dit soort stelsels steeds groter worden. De hoofdgerechten zorgen ervoor dat de stelsels steeds compacter worden in het centrum.

Nogmaals een lichring, dit keer is de lens (een elliptisch reuzenstelsel) ook zichtbaar.

Bron: University of Utah.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.