Astronomen hebben met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop van NASA/ESA/CSA en de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA duizenden jonge sterrenclusters in vier nabije sterrenstelsels grondig onderzocht, waarbij ze clusters in verschillende stadia van hun ontwikkeling hebben bestudeerd. Uit hun bevindingen blijkt dat zwaardere sterrenclusters sneller uit de wolken waaruit ze ontstaan tevoorschijn komen, waarbij ze gas verdrijven en het sterrenstelsel met ultraviolet licht vullen. Het resultaat geeft ons een beter inzicht in stervorming in sterrenstelsels, en in hoe en waar planeten kunnen ontstaan.
Astronomen weten al lang dat inzicht in het ontstaan van sterrenclusters cruciaal is om andere geheimen van de evolutie van sterrenstelsels te ontrafelen. Sterren ontstaan in clusters, die ontstaan wanneer gaswolken onder invloed van de zwaartekracht in elkaar storten. Naarmate er steeds meer sterren worden geboren in een instortende wolk, zorgen krachtige sterrenwinden, felle ultraviolette straling en de supernova-explosies van zware sterren er uiteindelijk voor dat de wolk uiteenvalt, waardoor de stervorming tot stilstand komt voordat al het gas is opgebruikt. Zodra de gaswolk waarin een sterrencluster is ontstaan verdwenen is, kan het licht ervan ook andere stervormingsgebieden in de melkweg bereiken. Dit proces wordt stellaire feedback genoemd en het betekent dat het grootste deel van het gas in een melkweg nooit wordt gebruikt voor stervorming. Onderzoek naar hoe sterrenclusters zich ontwikkelen, kan dus vragen beantwoorden over stervorming op galactische schaal.
Studies van de dichtstbijzijnde stervormingsgebieden, in de Melkweg en de dwergsterrenstelsels die eromheen draaien, stellen ons in staat om sterrenclusters tot in de kleinste details te ontleden, maar door onze positie in de schijf van ons sterrenstelsel zijn slechts enkele van dergelijke gebieden voor ons zichtbaar. Door nabije sterrenstelsels te observeren, kunnen astronomen duizenden stervormingsgebieden in kaart brengen en hele populaties van sterrenclusters in vele stadia van evolutie karakteriseren, een prestatie die mogelijk is gemaakt door de lancering van ruimtetelescopen, met als belangrijkste de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop. Beide soorten onderzoek zijn noodzakelijk om echt te begrijpen hoe stervorming in sterrenstelsels plaatsvindt. Dankzij de voortdurende vooruitgang in de infraroodastronomie zijn we erin geslaagd het gasgordijn weg te trekken dat de jongste sterrenhopen nog steeds verbergt, en hebben we inzicht gekregen in de vroegste stadia van hun ontwikkeling. Toch zijn er nog steeds vraagstukken die onderzoekers voor een raadsel stellen. Bijvoorbeeld: wanneer een sterrenhoop ontstaat, wat bepaalt dan hoe lang het duurt voordat de oorspronkelijke gaswolk uiteenvalt en de hoop ultraviolet licht de melkweg in begint uit te stralen?
Nu is de stand van de techniek verder verbeterd: de Hubble- en de Webb-telescoop werken samen om een breed spectrum aan beelden van duizenden jonge sterrenhopen te leveren. Een internationaal team van astronomen heeft beelden van vier nabije sterrenstelsels, Messier 51, Messier 83, NGC 4449 en NGC 628, uit het FEAST-observatieprogramma (#1783) onder de loep genomen in een poging dit mysterie op te lossen. Hun resultaten, die vandaag in Nature Astronomy zijn gepubliceerd, tonen aan dat het de meest massieve sterrenclusters zijn die hun gasachtige omhulsel het snelst wegwerken en het vroegst hun sterrenstelsel beginnen te verlichten. Het team identificeerde bijna 9000 sterrenclusters in de vier sterrenstelsels in verschillende evolutionaire stadia: jonge clusters die net uit hun geboortewolken van gas tevoorschijn kwamen, clusters die het gas gedeeltelijk hadden verspreid (beide afkomstig van Webb-beelden), en volledig onbelemmerde clusters die zichtbaar waren in optisch licht (gevonden in Hubble-beelden). Dankzij het vermogen van Webb om in de gaswolken te kijken, konden ze vervolgens de massa en leeftijd van elke cluster schatten aan de hand van het lichtspectrum. De meest massieve clusters waren na ongeveer vijf miljoen jaar volledig tevoorschijn gekomen en hadden de gaswolken verspreid, terwijl minder massieve clusters tussen de zeven en acht miljoen jaar oud waren toen ze uit hun kraamkamers tevoorschijn kwamen.
Het beantwoorden van deze open vraag, welke sterrenclusters hun geboortewolken het snelst opruimen, vergroot ons inzicht in de vorming van sterrenstelsels. „Simulaties van stervorming en stellaire terugkoppeling hebben moeite gehad om na te bootsen hoe sterrenclusters ontstaan en uit hun geboortewolken tevoorschijn komen. Deze resultaten bieden ons belangrijke nieuwe aanwijzingen over dat proces,” aldus Angela Adamo van de Universiteit van Stockholm en het Oskar Klein Centrum in Zweden, een van de hoofdauteurs van het onderzoek en hoofdonderzoeker van het FEAST-programma. Grote sterrenhopen, met hun grote aantal hete sterren, zenden van nature het grootste deel van het ultraviolette licht in sterrenstelsels uit, maar dit onderzoek bevestigt dat ze ook eerder beginnen met het genereren van stellaire terugkoppeling dan lichtere sterrenhopen.
Door te weten waar en wanneer deze stellaire terugkoppeling het sterkst is gedurende de levensduur van een sterrenstelsel, kunnen astronomen beter voorspellen hoe de brandstof voor stervorming door het sterrenstelsel wordt verspreid en dus hoe sterren en sterrenhopen zich waarschijnlijk zullen vormen. Ook onze theorieën over hoe planeten ontstaan, worden door dit onderzoek beïnvloed. Hoe sneller gas binnen een sterrencluster wordt weggevaagd, hoe eerder protoplanetaire schijven rond sterren worden blootgesteld aan harde ultraviolette straling van andere sterren, en hoe minder kans ze hebben om verder gas uit de nevel aan te trekken. Dit vermindert de kansen die ze hebben om stof te laten groeien en planeten te vormen. “Dit werk brengt onderzoekers die stervorming simuleren en onderzoekers die met waarnemingen werken samen, evenals groepen die onderzoek doen naar planeetvorming”, aldus Alex Pedrini, hoofdauteur, eveneens verbonden aan de Universiteit van Stockholm en het Oskar Klein Centre in Zweden. “Met behulp van Webb kunnen we in de wieg van sterrenclusters kijken en planeetvorming in verband brengen met de cyclus van stervorming en stellaire feedback.”
Stervorming in Messier 51 - Foto: ESA/NASA/CSA
Bron: ESA
