De ‘Galactische balkparadox’ lijkt te zijn opgelost door kosmische dans

Fragment van de simulatie van de beweging van balk en spiraalarmen van de melkweg. Credit: T. Hilmi / University of Surrey

Al jaren worstelen sterrenkundigen met het probleem dat bekend staat als de ‘Galactische balkparadox’. Nu lijkt het erop dat daar een oplossing voor gevonden is. Het Melkwegstelsel is zoals bekend een balkspiraalstelsel, een sterrenstelsel dat net als spiraalstelsels spiraalarmen bezit, maar waarbij deze niet van het centrum lijken te komen, maar vanuit een “balk” die door het centrum gaat. Om te weten hoe de evolutie van zo’n sterrenstelsel precies verloopt is het van belang te weten hoe groot de balk is en hoe snel deze beweegt. En da’s nou juist het probleem van de centrale balk van de Melkweg, want de afgelopen vijf jaar zijn er verschillende resultaten verkregen. Metingen aan de bewegingen van sterren in de buurt van de zon geven aan dat de balk klein moet zijn en snel beweegt, terwijl metingen aan sterren in het centrum van de Melkweg (dus dichterbij de balk) zeggen dat de balk juist groot is en langzaam beweegt. Zie daar de Galactische balkparadox. Een internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van Tariq Hilmi (University of Surrey) en Ivan Minchev (Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam) zegt nu op grond van geavanceerde simulaties van het Melkwegstelsel dat de grootte van de balk en de snelheid van de sterren daarin kunnen fluctueren in tijd, hetgeen er voor kan zorgen dat de balk wel twee keer zo lang kan worden en 20% sneller kan bewegen op sommige momenten – zie daar de mogelijke oplossing voor de Galactische balkparadox.

De snelheid van de balk en spiraalarmen. Credit: T. Hilmi / University of Surrey

Dat de balk pulseert komt door z’n interactie met de spiraalarmen, iets wat de sterrenkundigen een ‘kosmische dans’ noemen. Zodra de balk en een spiraalarm dichter bij elkaar komen trekken ze elkaar door de zwaartekracht aan en dan vertraagt de balk en versnelt de spiraalarm. Zodra ze verbonden zijn lijkt de balk langer dan ‘ie is en lijkt ‘ie ook langzamer te bewegen. Verbreekt de verbinding dan versnelt de balk weer en vertraagd de spiraalarm (zie ook de grafiek hierboven). Dit herhaald zich iedere 80 miljoen jaar, de lengte van één omwenteling van de galactische balk.

In the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society is dit vakartikel verschenen over de Galactische balkparadox. Bron: Eurekalert.

Samensmelten van sterrenstelsels spoort hun kernen aan tot activiteit

Samensmelting van twee sterrenstelsels, bijgenaamd de Muizen (NGC 4676). Credit: Hubble Space Telescope

De evolutie van sterrenstelsels wordt deels bepaald door hun actieve kernen: Active Galactic Nuclei (AGNs). Astronomen van SRON en de RuG hebben nu bevestigd dat samensmeltingen van sterrenstelsels een positief effect hebben op het ontbranden van AGNs. Dat doen ze op basis van een sample met een recordaantal sterrenstelsels. Dankzij een machine-learning algoritme konden ze ongeveer tienmaal zoveel plaatjes verzamelen van fuserende sterrenstelsels als eerdere studies.

Een van de grotere vragen uit de sterrenkunde is hoe sterrenstelsels evolueren van gaswolken tot de prachtige spiraalstructuren die we zien in de achtertuin van onze Melkweg. AGNs vormen interessante onderzoeksobjecten om een deel van die vraag te beantwoorden, omdat er sprake lijkt van co-evolutie tussen AGNs en sterrenstelsels. AGNs huisvesten superzware zwarte gaten die grote hoeveelheden energie uitzenden terwijl ze gas uit hun omgeving opeten. Sommige hebben voldoende grote zwaartekrachts- of magnetische velden om jets uit te spuwen vanuit hun polen, tot wel duizenden lichtjaren de ruimte in.

Co-evolutie gaat via tweerichtingsverkeer. Aan de ene kant beïnvloedt de evolutiefase van een sterrenstelsel de activiteit van haar AGN. AGNs lijken goed te gedijen tijdens een bepaalde fase in de evolutie van een sterrenstelsel, omdat we de activiteit zien pieken in sterrenstelsels op bepaalde afstand, en dus op een vaste tijd in het verleden. Aan de andere kant beïnvloedt AGN-activiteit de stervorming binnen een sterrenstelsel. Dat kan zowel op een positieve als op een negatieve manier. Een AGN-jet duwt gas weg terwijl hij zich een weg baant door het sterrenstelsel, zodat dat gas botst met ander gas en dus samenklontert tot zaadjes voor babysterren. Maar AGNs zenden ook energie uit, waarmee ze het gas opwarmen en dus voorkomen dat het afkoelt en condenseert in klonters.

Astronomen van SRON Netherlands Institute for Space Research en de Rijksuniversiteit Groningen (RuG), waaronder Lingyu Wang and Fangyou Gao, hebben nu een sample gebruikt met een recordaantal sterrenstelsels om een van de factoren te bestuderen die naar verluidt een positief effect hebben op het ontbranden van AGNs: samensmeltingen van sterrenstelsels. Ze vonden inderdaad een correlatie, beide kanten op. Ze tellen rond 1,4 maal meer AGNs in fusies dan in losse sterrenstelsels. En de andere kant op vonden ze rond 1,3 maal meer fusies in samples van sterrenstelsels met AGN vergeleken met samples van sterrenstelsels zonder AGN.

Publicatie: F. Gao, L. Wang, W. J. Pearson, Y. A. Gordon, B. W. Holwerda, A. M. Hopkins, M. J. I. Brown, J. Bland-Hawthorn, and M. S. Owers, ‘ Mergers Do Trigger AGNs out to z ~ 0.6‘,  Astronomy & Astrophysics.

Bron: SRON.

Superzware zwarte gaten zijn 99% van de tijd inactief

Twee door Chandra en SDSS waargenomen sterrenstelsels. Credit: X-ray: NASA/CXC/Northwestern Univ/D.Haggard et al, Optical: SDSS

Middels een onderzoek aan maar liefst 100.000 sterrenstelsels hebben sterrenkundigen ontdekt dat de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels 99% van de tijd inactief zijn, zeg maar liggen te pitten. In het onderzoek, genaamd het Chandra Multiwavelength Project, oftewel ChaMP, keek men zowel in röntgenlicht (blauw in de foto) als optisch licht (rood, geel en wit) naar die sterrenstelsels. De röntgenwaarnemingen werden met de satelliet Chandra van de NASA gedaan, de optische gegevens kwamen uit de Sloan Digital Sky survey (SDSS). Bij het onderzoek werd onderscheid gemaakt tussen sterrenstelsels die deel uitmaken van een cluster, zoals Abell 644 links op de foto, en sterrenstelsels die compleet ‘alleen’ zijn, ook wel veldsterrenstelsels genoemd, zoals SDSS J1021+1312 rechts. De eerste ligt 920 miljoen lichtjaar van ons vandaan, de tweede een ‘onsje’ verder, 1,1 miljard lichtjaar. In beiden bevindt zich een superzwaar zwart gat, dat miljoenen of zelfs miljarden zonmassa’s zwaar kan zijn. Als zo’n zwart gat gevoed wordt met gas van bijvoorbeeld een nabije gaswolk of van een ster, kan dat gas verhitten en röntgenstraling uitzenden. De kern van het sterrenstelsel wordt dan een AGN, een ‘active galactic nucleus’. Wat blijkt uit ChaMP: dat slechts in 1% van de gevallen zo’n zwart gat uit z’n slaap wordt gewekt en actief wordt. Daarbij is er geen onderscheid tussen sterrenstelsels in clusters en veldsterrenstelsels. Wel blijken AGN’s vaker voor te komen in zware sterrenstelsels. Ook blijkt het aantal AGN’s met het verstrijken van de tijd steeds minder vaak voor te komen. Kennelijk neemt geleidelijk de beschikbare hoeveelheid gas af en kunnen de kosmische Gargantua’s minder gevoed worden. Bron: Chandra.