Astronomen hebben voor het eerst laten zien hoe de stervorming in ‘dode’ sterrenstelsels miljarden jaren geleden sputterend ten einde kwam. Met behulp van ESO’s Very Large Telescope en de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA hebben zij ontdekt dat er in de buitendelen van deze stelsels nog steeds sterren werden geproduceerd, maar in de binnendelen niet meer. Het stilvallen van de sterproductie lijkt dus in de kern te zijn begonnen en heeft zich vervolgens naar buiten toe verspreid.
Deze resultaten zullen op 17 april 2015 in het tijdschrift Science worden gepubliceerd. Een van de belangrijkste astrofysische vraagstukken is hoe er een einde is gekomen aan de ooit zo hevige stervorming in de vele grote, rustige elliptische sterrenstelsels in het huidige heelal. In het hart van deze kolossale sterrenstelsels, die vanwege hun vorm ook wel sferoïden worden genoemd, is de sterdichtheid doorgaans tien keer zo hoog als die van ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg. En ze hebben ook ongeveer tien keer zo veel massa.
Astronomen omschrijven deze grote sterrenstelsels als ‘rood en dood’, omdat ze een overdaad aan oude, rode sterren laten zien, maar geen jonge, blauwe sterren bevatten en geen tekenen van recente stervorming vertonen. De geschatte leeftijden van de rode sterren wijzen erop dat hun moederstelsels al ongeveer tien miljard jaar geleden gestopt zijn met het produceren van nieuwe sterren. Deze stopzetting begon kort na het hoogtepunt van de stervorming in het heelal toen in veel sterrenstelsels nog in een twintig keer zo hoog tempo sterren werden geboren als nu. ‘De zware dode sferoïden bevatten ongeveer de helft van alle sterren die het heelal in zijn hele bestaan heeft geproduceerd,’ aldus Sandro Tacchella van ETH Zürich in Zwitserland, hoofdauteur van het onderzoeksartikel. ‘Om te kunnen begrijpen hoe het heelal is geëvolueerd en is geworden zoals we het nu waarnemen, moeten we erachter komen hoe deze sterrenstelsels zijn ontstaan.’ Tacchella en collega’s namen alles bij elkaar 22 sterrenstelsels van uiteenlopende massa’s waar, uit een tijdperk ongeveer drie miljard jaar na de oerknal [1]. Het SINFONI-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT) verzamelde licht van deze steekproef van sterrenstelsels en liet precies zien waar zich nieuwe sterren aan het vormen waren. Deze gedetailleerde metingen van verre sterrenstelsels waren mogelijk dankzij zogeheten adaptieve optiek – een systeem dat de vertroebelende werking van de aardatmosfeer grotendeels opheft.
Ook hebben de onderzoekers de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA op deze stelsels gericht. Ongehinderd door de atmosfeer van onze planeet maakt Hubble’s WFC3-camera opnamen in het infrarood, die de ruimtelijke verdeling van oudere sterren binnen de actieve sterren-producerende stelsels toonden. ‘Wat zo geweldig is, is dat SINFONI’s adaptieve optiek de atmosferische effecten grotendeels kan onderdrukken en informatie kan verzamelen over waar de nieuwe sterren geboren worden, en dat met precies dezelfde nauwkeurigheid als waarmee Hubble de verdeling van de stermassa’s bepaalt,’ merkt mede-auteur Marcella Carollo, eveneens van ETH Zürich, op. Volgens de nieuwe gegevens bleven de zwaarste sterrenstelsels in de steekproef gestaag nieuwe sterren produceren in hun buitendelen. Maar in hun dicht opeengepakte kernen lag de stervorming al stil.
‘Het nieuwe feit dat de stervorming in zware sterrenstelsels van binnenuit stilviel, zou meer duidelijkheid moeten geven over de onderliggende mechanismen waar astronomen al lang over discussiëren,’ zegt Alvio Renzini van de Sterrenwacht van Padua, van het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica. Volgens een vooraanstaande theorie worden de grondstoffen voor de vorming van nieuwe sterren weggeblazen door de intense energie die het centrale superzware zwarte gat van het sterrenstelsel uitstoot terwijl het materie opslokt. Een ander idee is dat de aanvoer van vers gas naar het stelsel stilvalt, waardoor de grondstof voor nieuwe sterren opraakt en het stelsel in een rode, dode sferoïde verandert. ‘Er bestaan veel theorieën over de fysische mechanismen die tot de dood van de zware sferoïden leiden,’ zegt mede-auteur Natascha Förster Schreiber van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, Duitsland. ‘De ontdekking dat het stilvallen van de stervorming in het centrum begon en zich naar buiten toe uitbreidde is een heel belangrijke stap die ertoe kan leiden dat we beter zullen begrijpen waarom het heelal eruitziet zoals nu.’
Noten
[1] Het heelal is ongeveer 13,8 miljard jaar oud. De sterrenstelsels die door Tacchella en collega’s onderzocht zijn, zijn dus meer dan tien miljard jaar geleden ontstaan.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in ‘Evidence for mature bulges and an inside-out quenching phase 3 billion years after the Big Bang’ van S. Tacchella et al., dat op 17 april 2015 in het tijdschrift Science verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit Sandro Tacchella (ETH Zürich, Zwitserland), Marcella Carollo (ETH Zürich), Alvio Renzini (Italian National Institute of Astrophysics, Padua, Italië), Natascha Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland), Philipp Lang (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik), Stijn Wuyts (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik), Giovanni Cresci (Istituto Nazionale di Astrofisica), Avishai Dekel (The Hebrew University, Israël), Reinhard Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik en University of California, Berkeley, California, VS), Simon Lilly (ETH Zürich), Chiara Mancini (Italian National Institute of Astrophysics), Sarah Newman (University of California, Berkeley), Masato Onodera (ETH Zürich), Alice Shapley (University of California, Los Angeles, VS), Linda Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik), Joanna Woo (ETH Zürich) en Giovanni Zamorani (Italian National Institute of Astrophysics, Bologna, Italië).
