Persbericht

De wilde jeugd van de zwaarste sterrenstelsels

Zwarte gaten breken stervorming af

25 januari 2012

Met behulp van de APEX-telescoop hebben astronomen een sterk verband gevonden tussen de krachtigste uitbarstingen van stervorming in het vroege heelal en de zwaarste sterrenstelsels van nu. De hevige stervorming in de sterrenstelsels werd abrupt afgebroken, waardoor ze eindigden als de huidige zware – maar passieve – stelsels van ouder wordende sterren. De astronomen hebben ook de waarschijnlijke oorzaak voor het plotselinge einde van de ‘starbursts’ ontdekt: de opkomst van superzware zwarte gaten.

Astronomen hebben waarnemingen van de LABOCA-camera van de door ESO beheerde 12-meter Atacama Pathfinder Experiment-telescoop (APEX) [1] gecombineerd met metingen die verricht zijn met onder meer ESO’s Very Large Telescope en NASA’s Spitzer Space Telescope. Het doel was om te onderzoeken in hoeverre heldere, verre sterrenstelsels zich in groepen of clusters hebben verzameld.

Hoe sterker sterrenstelsels geclusterd zijn, des te omvangrijker zijn hun halo’s van donkere materie – de onzichtbare materie die het overgrote deel van de massa van een sterrenstelsel vormt. De nieuwe resultaten zijn de meest nauwkeurige clustermetingen die ooit bij dit soort stelsels zijn gedaan.

De sterrenstelsels zijn dermate ver weg dat hun licht er ongeveer tien miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. We zien hen dus zoals ze ongeveer tien miljard jaar geleden waren [2]. In deze momentopnamen van het vroege heelal ondergaan de stelsels de meest intensieve vorm van stervorming die we kennen: een starburst.

Door de massa’s van de halo’s van donkere materie rond de sterrenstelsels te meten, en computersimulaties te gebruiken die laten zien hoe zulke halo’s in de loop van de tijd groeien, hebben de astronomen ontdekt dat deze verre starburststelsels uit de begintijd van het heelal uiteindelijk zijn veranderd in elliptische reuzenstelsels – de zwaarste sterrenstelsels in het huidige heelal.

"Het is voor het eerst dat we zo’n duidelijk verband hebben gevonden tussen de meest energierijke starburststelsels in het vroege heelal, en de zwaarste sterrenstelsels van nu", aldus Ryan Hickox (Dartmouth College, VS, en Durham University, VK).

Verder wijzen de nieuwe waarnemingen erop dat de heldere starbursts in deze verre sterrenstelsels slechts honderd miljoen jaar duren – erg kort naar kosmologische begrippen. Toch slagen de stelsels erin om in die korte tijd hun aantallen sterren te verdubbelen. Het plotselinge einde aan deze snelle groei is een van de dingen in de geschiedenis van sterrenstelsels die astronomen nog niet helemaal begrijpen.

"We weten dat zware elliptische sterrenstelsels lang geleden nogal plotseling stopten met het produceren van sterren, en nu passief zijn. En wetenschappers vragen zich af wat krachtig genoeg kan zijn om de starburst van een compleet sterrenstelsel af te breken", zegt teamlid Julie Wardlow (University of California at Irvine, VS, en Durham University, VK).

De resultaten van het team hebben een mogelijke verklaring opgeleverd: in dat stadium van de kosmische geschiedenis vertonen starburststelsels ongeveer dezelfde clustering als quasars, wat erop wijst dat ze zich in dezelfde halo’s van donkere materie bevinden. Quasars behoren tot de meest energierijke objecten in het heelal: het zijn galactische bakens van intense straling die worden aangedreven door een superzwaar zwart gat in hun kern.

Er zijn steeds meer aanwijzingen dat de intense starbursts enorme hoeveelheden materie naar het zwarte gat toevoeren. Hierdoor zendt de quasar op zijn beurt krachtige uitbarstingen van energie uit, waarvan wordt aangenomen dat zij het nog in het sterrenstelsel aanwezige gas – het bouwmateriaal voor nieuwe sterren – wegblazen. Hierdoor valt het stervormingsproces stil.

"Kortom, de glorietijd van de sterrenstelsels betekent tevens hun ondergang, omdat de hevige stervorming de reusachtige zwarte gaten in hun kernen voedt, waarop deze in hoog tempo de sterren-vormende gaswolken wegblazen of verwoesten", verklaart teamlid David Alexander (Durham University, VK).

Noten

1] De 12-meter grote APEX-telescoop is een voorloper van ALMA, de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Dat is een revolutionaire nieuwe telescoop die ESO, samen met haar internationale partners, op de Chajnantor-hoogvlakte in de uitlopers van de Noord-Chileense Andes bouwt en beheert. APEX zelf is gebaseerd op een prototype van de antennes die voor het ALMA-project worden gebouwd. De twee telescopen vullen elkaar aan: APEX kan bijvoorbeeld grote stukken hemel in één keer overzien, en de vele objecten die zo ontdekt worden, kan ALMA vervolgens gedetailleerder bekijken. APEX is een samenwerkingsproject van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), het Onsala Space Observatory (OSO) en ESO.

[2] Deze verre sterrenstelsels worden submillimeter-stelsels genoemd. Het zijn zeer heldere sterrenstelsels in het verre heelal waarin intense stervorming plaatsvindt. Door hun grote afstand is het infrarode licht van stofdeeltjes die door sterlicht worden verwarmd naar langere golflengten verschoven, waardoor de stofrijke stelsels het best waarneembaar zijn op submillimeter-golflengten.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in een artikel dat op 26 januari 2012 in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit Ryan C. Hickox (Dartmouth College, Hanover, VS; Department of Physics, Durham University (DU); STFC Postdoctoral Fellow, VK), J.L. Wardlow (Department of Physics & Astronomy, University of California at Irvine, VS; Department of Physics, DU, VK), Ian Smail (Institute for Computational Cosmology, DU, VK), A.D. Myers (Department of Physics and Astronomy, University of Wyoming, VS), D.M. Alexander (Department of Physics, DU, VK), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, DU, VK), A.L.R. Danielson (Institute for Computational Cosmology, DU, VK), J.P. Stott (Department of Physics, DU, VK), S.C. Chapman (Institute of Astronomy, Cambridge, VK), K.E.K. Coppin (Department of Physics, McGill University, Canada), J.S. Dunlop (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, VK), E. Gawiser (Department of Physics and Astronomy, Rutgers University, VS), D. Lutz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Duitsland), P. van der Werf (Leidse Sterrenwacht, Universiteit Leiden, Nederland), A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Duitsland).

Het jaar 2012 staat in het teken van de vijftigste verjaardag van de oprichting van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), een telescoop van de 40-meterklasse die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

De internationale astronomische faciliteit ALMA is een samenwerkingsverband van Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië, met steun van de republiek Chili. De bouw en het beheer van ALMA wordt namens Europa geleid door ESO, namens Noord-Amerika door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De gezamenlijke leiding en het toezicht op de bouw, ingebruikname en het beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

Links

• Onderzoeksartikel
• Informatie over APEX
• Beeldarchief APEX

Contact

Ryan Hickox
Dartmouth College
Hanover, New Hampshire, USA
Tel: +1 603 646 2962
E-mail: ryan.c.hickox@dartmouth.edu

Douglas Pierce-Price
ESO ALMA/APEX Public Information Officer
Garching, Germany
Tel: +49 89 3200 6759
E-mail: dpiercep@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media