Waarnemingen van zeven ‘kwalsterrenstelsels’ met ESO’s Very Large Telescope hebben het bestaan aan het licht gebracht van een tot nog toe onbekende manier om superzware zwarte gaten van brandstof te voorzien. Het lijkt erop dat het mechanisme dat de tentakels van gas en nieuwe sterren doet ontstaan waaraan deze sterrenstelsels hun bijnaam danken, ook ervoor zorgt dat gas de centrale delen van de stelsels kan bereiken. Op die manier wordt het zwarte gat gevoed dat zich daar schuilhoudt, waardoor dit fel gaat stralen. De resultaten zijn vandaag in het tijdschrift Nature verschenen.
Een team onder leiding van Italiaanse astronomen heeft de Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili gebruikt om te onderzoeken hoe sterrenstelsels gas kunnen kwijtraken. Daartoe zijn enkele extreme voorbeelden van zogeheten kwalsterrenstelsels in nabije clusters onder de loep genomen. Deze stelsels danken hun bijnaam aan hun opmerkelijk lange ‘tentakels’ van materie, die zich tot op tienduizenden lichtjaren van hun galactische schijven uitstrekken [1][2]. De tentakels van de kwalsterrenstelsels ontstaan door een proces dat ram pressure stripping wordt genoemd. Door hun onderlinge zwaartekrachtsaantrekking duiken sterrenstelsels met hoge snelheid in clusters van soortgenoten. Daarbij stuiten ze onderweg op heet, dicht gas dat als een krachtige tegenwind fungeert. Hierdoor laten de stelsels lange staarten van gas achter en treden er starbursts – stellaire geboortegolven – in hun inwendige op.
Zes van de zeven onderzochte kwalsterrenstelsels blijken een superzwaar zwart gat in hun centrum te hebben, dat zich voedt met gas uit de omgeving [3]. Dat is een verrassend grote fractie: doorgaans is dit bij minder dan één op de tien sterrenstelsels het geval. ‘Dit sterke verband tussen ram pressure stripping en actieve zwarte gaten was niet voorspeld en is ook nooit eerder gemeld,’ zegt teamleider Bianca Poggianti van de INAF-sterrenwacht in Padua, Italië. ‘Het lijkt erop dat het centrale zwarte gat zich kan voeden doordat een deel van het gas niet wordt weggeblazen, maar het centrum van het stelsel bereikt.’
Een vraag waar astronomen al lang mee worstelen is waarom maar zo weinig superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels actief zijn. In bijna elk sterrenstelsel is wel een superzwaar gat te vinden, dus waarom weten slechts enkele daarvan materie aan te trekken en helder te stralen? De nieuwe resultaten laten zien dat er een tot nog toe onbekend mechanisme bestaat met behulp waarvan zulke zwarte gaten zich kunnen voeden. Yara Jaffé, een ESO-staflid dat aan het onderzoeksartikel heeft bijgedragen, legt het belang ervan uit: ‘Deze MUSE-waarnemingen wijzen erop dat er een manier bestaat waarop gas naar de omgeving van het zwarte gat kan terugstromen. Dat is een belangrijke ontdekking, omdat de verklaring van de slecht begrepen verbanden tussen superzware zwarte gaten en hun moederstelsels hiermee een stapje dichterbij is gekomen.’
De huidige waarnemingen maken deel uit van een veel omvangrijker onderzoek van kwalsterrenstelsels dat momenteel in uitvoering is. ‘Als deze survey is voltooid, zullen we weten hoeveel, en welke, gasrijke sterrenstelsels die clusters binnendringen een periode van verhoogde activiteit in hun kernen doorlopen,’ concludeert Poggianti. ‘De astronomie worstelt al lang met de vraag hoe sterrenstelsels ontstaan en veranderen in ons uitdijende en evoluerende heelal. Kwalsterrenstelsels zijn een sleutel tot een beter begrip van de evolutie van sterrenstelsels, omdat zij bezig zijn met een dramatische transformatie.’
Noten
[1] Tot nu toe zijn iets meer dan 400 kandidaat-kwalsterrenstelsels ontdekt.
[2] De resultaten zijn verkregen in het kader van het waarnemingsprogramma GASP (GAs Stripping Phenomena in galaxies with MUSE), een groot ESO-onderzoeksprogramma dat tot doel heeft om te onderzoeken hoe en waarom gas uit sterrenstelsels kan worden verwijderd. GASP verzamelt gedetailleerde MUSE-gegevens van 114 sterrenstelsels in uiteenlopende omgevingen, en is vooral gericht op kwalsterrenstelsels. De waarnemingen zijn nog bezig.
[3] Gebleken is dat bijna elk, zo niet elk, sterrenstelsel een superzwaar zwart gat in zijn centrum heeft, dat een paar miljoen tot een paar miljard keer zoveel massa heeft als onze zon. Wanneer een zwart gat materie uit zijn omgeving aantrekt, wordt deze materie erg heet en begint zij elektromagnetische straling uit te zenden. Zo ontstaat een van de meest energetische astrofysische verschijnselen die we kennen: een actieve galactische kern (AGN).
[4] Het team heeft ook de alternatieve verklaring onderzocht dat de centrale AGN-activiteit bijdraagt aan het wegblazen van gas uit de sterrenstelsels, maar acht dit minder waarschijnlijk. De kwalsterrenstelsels bevinden zich in een deel van de cluster waar de kans het grootst is dat het hete, dichte gas van het intergalactische medium de lange tentakels van het sterrenstelsel kan vormen. Dat maakt het minder waarschijnlijk dat de AGN-activiteit hiervan de oorzaak is. Er is dus meer reden om aan te nemen dat de ram pressure de AGN veroorzaakt en niet andersom.
