Van blauw en jong tot rood en dood

De twaalf onderzochte sterrenstelsels, waar net een uitbarsting
van stervorming is afgelopen.
Opnamen: NASA/ESA/P. Sell (Texas Tech University, Lubbock)

Sommige sterrenstelsels zijn productiever dan andere. Ze maken nieuwe sterren aan tegen een tempo dat honderd keer hoger ligt dan in onze Melkweg: enkele honderden sterren per jaar in plaats van enkele. We noemen ze daarom ook starburstgalaxies, zeg maar ster-uitbarsting-stelsels. Dergelijke stelsels zien er erg blauw uit. Dat komt door de vele jonge, zware en heldere sterren, die alle blauw van kleur zijn.

Vreemd is dat een dergelijke uitbarsting van stervorming niet blijft duren. Na typisch een paar honderd miljoen jaar valt de stervorming vrij plotseling (naar sterrenkundige normen toch) weer stil. Het sterrenstelsel wordt dan langzaam zwakker en wordt ook rood van kleur, omdat de blauwe sterren verdwijnen (supernova-explosies) waardoor op de lange duur nog enkel kleine rode sterretjes overblijven.

Hierbij rijzen twee vragen: (1) Wat zet de uitbarsting van stervorming in gang? en (2) Waarom stopt ze zo plotseling? Het klassieke antwoord op de eerste vraag is dat de stervorming op gang komt door het botsen en samensmelten van sterrenstelsels. Daarbij worden de koude gaswolken in de stelsels samengedrukt, waardoor de stervorming plotseling en zeer hevig in gang schiet.

Het klassieke antwoord op de tweede vraag is dat de stervorming stopt door de werking van het centrale superzware zwarte gat dat in het centrum van elk sterrenstelsel zit. Dat zwarte gat begint licht uit te stralen en gas weg te blazen (het sterrenstelsel krijgt een “actieve kern”) waardoor de stervorming ophoudt. Hoe dit echter juist in zijn werk gaat is niet helemaal duidelijk.

In een poging vraag (2) te beantwoorden onderzocht een team onder de leiding van Britse en Amerikaanse sterrenkundigen in totaal 12 zware sterrenstelsels. In elk van die sterrenstelsels was er net een uitbarsting van stervorming ten einde gelopen: Recentelijk (enkele tientallen miljoenen jaar geleden) waren ze nog zeer actief, maar nu niet meer. Twee derden van de onderzochte stelsels vertoonden lange slierten van sterren en gas, de typische sporen van samensmelting van sterrenstelsels. Bij drie vierden van de stelsels ontsnapte ook een grote hoeveelheid gas uit het stelsel met een snelheid van honderden tot duizenden kilometer per seconde. Dat snel bewegende gas is afkomstig van de sterrenwinden van jonge hete sterren en van ontploffende supernovae. Slechts drie stelsels hadden een actieve kern.

De sterrenkundigen concludeerden dat de stervorming in ster-uitbarsting-stelsels in gang werd gezet door het botsen en samensmelten van sterrenstelsels. Ze kwamen echter ook tot de verrassende conclusie dat niét de actieve kernen (met de superzware zwarte gaten) verantwoordelijk waren voor het beëindigen van de stervorming, maar wel de intense sterrenwind van de jonge hete sterren en van ontploffende supernovae. Wanneer de uitbarsting van stervorming begint, worden in korte tijd grote hoeveelheden zware sterren gevormd. Die produceren veel licht en sterrenwind en ontploffen spoedig als supernovae. Dit licht, deze sterrenwind en schokgolven door supernovae zorgen er dan voor dat het koude gas uit het sterrenstelsel wordt weggeblazen. Daardoor houdt de stervorming er even plots op als ze begonnen is. Het is dus de schuld van de pas gevormde sterren zélf dat de uitbarsting stopt, niet van het centrale superzware zwarte gat.