Persbericht

Zwart gat lijkt zijn eigen sterrenstelsel te kunnen ‘bouwen’

30 november 2009

Wat was er eerder, de allesverslindende superzware zwarte gaten die materie opslokken of de enorme sterrenstelsels waarin ze zich bevinden? Uit recente waarnemingen van een ‘dakloos’ zwart gat is een geheel nieuw scenario naar voren gekomen: zwarte gaten ‘bouwen’ wellicht hun eigen sterrenstelsel. Dit zou kunnen verklaren waarom de massa van zwarte gaten groter is in sterrenstelsels die meer sterren bevatten.

“De ‘kip-en-ei-vraag’ wat er eerder was - een sterrenstelsel of zijn zwarte gat - is momenteel een van de meest besproken onderwerpen in de astrofysica,” zegt hoofdauteur David Elbaz. “Onze studie duidt erop dat superzware zwarte gaten stervorming kunnen veroorzaken en zo hun eigen sterrenstelsel ‘bouwen’. Dit verklaart ook waarom sterrenstelsels met grotere zwarte gaten meer sterren bevatten.”

De astronomen kwamen tot deze opmerkelijke conclusie door de quasar HE450-2958 (zie ESO PR 23/05 voor een eerdere studie van dit object) uitgebreid te observeren. Dit eigenaardige object, zo’n vijf miljard lichtjaar van ons verwijderd, is de enige quasar waarvan nog geen sterrenstelsel is gedetecteerd [1].

Tot nu toe vermoedde men dat het sterrenstelsel waarin deze quasar zich bevindt verstopt zat achter enorme hoeveelheden stof. Daarom maakten de astronomen voor hun waarnemingen gebruik van een ‘mid-infrarood’ instrument op ESO’s Very Large Telescope [2]. Op die golflengten schijnen stofwolken heel helder en zijn ze gemakkelijk te detecteren. “Waarnemen op deze golflengten zou ons in staat stellen het stof te traceren waar dat sterrenstelsel wellicht achter schuilgaat,” zegt Knud Jahnke, die de waarnemingen op de VLT leidde. “Dat vonden we echter niet. Wel ontdekten we dat een ogenschijnlijk niet-verwant sterrenstelsel in de buurt van de quasar als een gek sterren produceerde.”

Deze waarnemingen geven een verrassend nieuwe kijk op het systeem. Hoewel er geen spoor van sterren is onthuld rondom het zwarte gat, is het begeleidende sterrenstelsel bijzonder rijk aan heldere en erg jonge sterren. Het vormt sterren met een snelheid van ongeveer 350 zonnen per jaar, honderd keer meer dan gebruikelijk is voor sterrenstelsels in het nabije heelal.

Eerdere waarnemingen hebben laten zien dat het begeleidende sterrenstelsel onder vuur ligt: de quasar spuugt een straal hoogenergetische deeltjes en een stroom snel bewegend gas naar zijn metgezel. Deze injectie van materie en energie in het sterrenstelsel geeft aan dat de quasar wellicht zelf de stervorming veroorzaakt en daarbij zijn eigen sterrenstelsel creëert; in dat scenario zouden sterrenstelsels worden gevormd uit gaswolken die geraakt worden door de krachtige jets van quasars.

“De twee objecten zullen in de toekomst zeker samenvoegen: de quasar beweegt met een snelheid van slechts enkele tienduizenden kilometer per uur en hun onderlinge afstand  is slechts 22 duizend lichtjaar,” zegt Elbaz. “Hoewel de quasar nu nog ‘naakt’ is, zal hij uiteindelijk ‘gekleed’ zijn, wanneer hij met zijn sterrijke metgezel versmelt. Hij zal dan uiteindelijk in een sterrenstelsel wonen, net als andere quasars.”

Daarom heeft het team de jets van zwarte gaten geïdentificeerd als mogelijke aandrijver van de vorming van sterrenstelsels, en wellicht zijn zij ook de lang gezochte ontbrekende schakel die verklaart waarom de massa van zwarte gaten groter is in sterrenstelsel die meer sterren bevatten [3]. “Een logisch vervolg op ons werk is om te zoeken naar soortgelijke objecten in andere systemen,” zegt Jahnke.

Toekomstige instrumenten, zoals de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, de Extremely Large Telescope en de NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope kunnen op zoek gaan naar zulke objecten die nog verder weg liggen en zo het verband onderzoeken tussen zwarte gaten en de vorming van sterrenstelsels in het verder afgelegen heelal.

Noten

[1] Superzware zwarte gaten bevinden zich in de kernen van de meeste grote sterrenstelsels; in tegenstelling tot het inactieve zwarte gat in de kern van de Melkweg, denkt met dat een deel van deze zwarte gaten actief is, omdat ze enorme hoeveelheden materie opslokken. Hierbij komt veel energie vrij in het gehele elektromagnetische spectrum. Vooral quasars zijn spectaculair, omdat de actieve kern zo uitzonderlijk helder is dat deze het licht van het sterrenstelsel overstraalt.

[2] Dit deel van de studie is gebaseerd op waarnemingen uitgevoerd op ‘mid-infrarode’ golflengten met de krachtige camera/spectrograaf VISIR op de VLT, gecombineerd met andere gegevens zoals spectra verkregen met VLT-FORS, optische en infrarode beelden van de NASA/ESA Hubble Space Telescope en radiowaarnemingen van de Australia Telescope National Facility.

[3] De meeste sterrenstelsels in het nabije heelal bevatten een superzwaar zwart gat met een massa van ongeveer 1/700ste van de massa van de centrale verdikking van het sterrenstelsel. De oorsprong van de massa van dit zwarte gat ten opzichte van de massa van de sterren is een veelbesproken onderwerp in de moderne astrofysica.

Meer informatie

Dit onderzoek is gepresenteerd in een paper in Astronomy & Astrophysics: “Quasar induced galaxy formation: a new paradigm?” by Elbaz et al., en in Astrophysical Journal “The QSO HE0450-2958: Scantily dressed or heavily robed? A normal quasar as part of an unusual ULIRG” by Jahnke et al.

Het team bestaat uit David Elbaz (Service d’Astrophysique, CEA Saclay, Frankrijk), Knud Jahnke (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Duitsland), Eric Pantin (Service d’Astrophysique, CEA Saclay, Frankrijk), Damien Le Borgne (Paris University 6 and CNRS, Institut d'Astrophysique de Paris, Frankrijk) and Géraldine Letawe (Institut d'Astrophysique et de Géophysique, Université de Liège, België).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa en wereldwijd het meest productieve astronomische observatorium. ESO wordt ondersteund door 14 landen: België, 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 ontwerp, de bouw en de exploitatie van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol in het bevorderen en organiseren van samenwerking in het sterrenkundig onderzoek. ESO exploiteert drie observatielocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal exploiteert ESO de Very Large Telescope (VLT), 's werelds meest geavanceerde optische observatorium en ESO is de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA. ESO is momenteel bezig met ontwerpstudies voor de 42-meter Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop ( E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Research papers: http://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/200912848/pdf
  and http://arxiv.org/abs/0906.0365
• Web page of David Elbaz: http://david.elbaz3.free.fr

Contact

David Elbaz
CEA, Saclay
France
Tel: +33 (0)1 69 08 54 39
E-mail: delbaz@cea.fr

Knud Jahnke
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg Tel: +49 6221 528 398
E-mail: jahnke@mpia-hd.mpg.de

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