Vuurwerk in het vroege heelal

Sterrenstelsels in het vroege heelal maakten in hoog tempo nieuwe sterren aan. Dat vuurwerk van aanflitsende sterren ging geregeld samen met veel vuurwerk in de vorm van heftige energie-uitbarstingen in de kernen en felle radiostraling. Deze ontdekking van een groep astronomen onder leiding van de Groningse sterrenkundige Peter Barthel wordt vandaag in het gezaghebbende Amerikaanse tijdschrift Astrophysical Journal Letters gepubliceerd.

In onze Melkweg gaat de vorming van nieuwe sterren in een veel kalmer tempo; er ontstaat gemiddeld één nieuwe ster per jaar. Omdat de Melkweg zo'n 100 miljard sterren heeft, verandert er netto dus heel weinig. De Melkweg is dan ook een uiterst rustig sterrenstelsel. Het zwarte gat in de kern van onze Melkweg verorbert weliswaar af en toe een ster of een passerende gaswolk maar de daarmee gepaard gaande energie-uitbarsting is nauwelijks waarneembaar.

Felle, exotische straling

Heel anders is dat met zogenaamde actieve sterrenstelsels, die vooral in het jonge heelal verhoudingsgewijs vaak voorkwamen. Voorbeelden zijn de zogenaamde quasars en radiosterrenstelsels, die dankzij hun felle, exotische straling tot aan de rand van het heelal goed waarneembaar zijn. Het licht van hun gewone sterren is op die afstanden uiterst zwak, maar actieve stelsels verraden hun aanwezigheid door heldere radio-, ultraviolet- of röntgenstraling. Die straling is het gevolg van het hongerige, gestaag consumerende zwarte gat in de kern van het stelsel.

Buitenbeentjes

Tot voor kort waren deze verre actieve stelsels interessant als exotische buitenbeentjes. Over de opbouw van hun sterrenstelsels en hun relatie tot gewone sterrenstelsels was weinig bekend. Maar in 2009 werd de Herschel-ruimtetelescoop gelanceerd. Deze ruimtetelescoop van het Europese Ruimteagentschap ESA is beduidend groter dan de Hubble-telescoop van de NASA. Detecteert de laatste gewoon licht, Herschel werkt bij infrarode golflengten en detecteert de warmtestraling die vrijkomt bij processen zoals de vorming van sterren en planeten en - op grote schaal - de vorming van complete sterrenstelsels.

Eerste inspectie

Peter Barthel - vanaf 1997 betrokken bij Herschel - leidt een programma om quasars en radiostelsels in het vroege heelal te bestuderen. Samen met zijn collega’s nam hij zeventig van deze actieve stelsels waar met de Herschel-camera's. Een eerste inspectie van de ruwe metingen laat zien dat vele van deze verre actieve stelsels onverwacht sterke infraroodstralers zijn.

In hun Astrophysical Journal Letter presenteren Peter Barthel en co-auteurs Martin Haas (universiteit van Bochum), Christian Leipski (Max-Planck Instituut voor Astronomie, Heidelberg) en Belinda Wilkes (Harvard-Smithsonian Centrum voor Astrofysica) hun project en de analyse van de eerste drie radiostelsels waarnaar ze in detail keken.

Simultane groei

Het feit dat deze stelsels sterke infraroodstralers zijn, betekent dat er op grote schaal stervorming plaats vindt: gedurende een periode van miljoenen jaren komen er honderden sterren per jaar bij. Het feit dat ook de radiostraling sterk is, houdt in dat tegelijkertijd de activiteit in hun kern hoog is. Naast het feit dat het zwarte gat groeit (ten gevolge van de kernactiviteit) groeit dus ook het sterrenstelsel (dankzij de stervorming).

De Herschel-waarnemingen bieden hiermee een verklaring voor het gegeven dat zware sterrenstelsels zware zwarte gaten hebben en lichte sterrenstelsels lichte zwarte gaten. Dat wisten astronomen al sinds het eind van de jaren 1990, maar nieuw is de uitleg dat het vuurwerk in het vroege heelal daar medeverantwoordelijk voor zou kunnen zijn geweest. Barthel: ‘Het wordt duidelijk dat actieve stelsels niet alleen behoren tot de grootste, krachtigste en meest spectaculaire objecten in het heelal, maar ook tot de belangrijkste. Normale sterrenstelsels hebben dus hoogstwaarschijnlijk fasen van simultane kernactiviteit en stervorming doorgemaakt om te groeien tot wat ze nu zijn.’

Noot voor de pers

Meer informatie en afbeelding in hoge resolutie: prof. dr. Peter Barthel, tel. 06-11391826

The Astrophysical Journal Letters, Volume 757, Number 2

Extreme Host Galaxy Growth in Powerful Early-epoch Radio Galaxies

Peter Barthel, Martin Haas, Christian Leipski, and Belinda Wilkes

doi:10.1088/2041-8205/757/2/L26