Sterrenstelsels beginnen te ‘sterven’ wanneer ze stoppen met het vormen van nieuwe sterren, maar tot nu toe was het begin van dit proces bij een ver sterrenstelsel nog nooit duidelijk gezien. Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, hebben astronomen nu een sterrenstelsel waargenomen dat bijna de helft van zijn sterren-vormende gas heeft uitgestoten. De lozing van gas voltrekt zich verrassend snel: met het equivalent van 10.000 zonnen per jaar. Het onderzoeksteam denkt dat deze spectaculaire ontwikkeling in gang is gezet door een botsing met een ander sterrenstelsel.
Mogelijk zullen astronomen hun ideeën over hoe de stervorming in sterrenstelsels tot stilstand komt moeten herzien. Het is voor het eerst dat we een karakteristiek massarijk sterrenstelsel in het verre heelal hebben waargenomen dat door een enorme uitstoot van koud gas begint te ‘sterven’, zegt onderzoeksleider Annagrazia Puglisi van de Universiteit van Durham (VK) en het onderzoekscentrum CEA-Saclay (Frankrijk). Het onderzochte sterrenstelsel, ID2299, staat zo ver weg dat zijn licht er ongeveer 9 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. We zien het toen het heelal nog maar 4,5 miljard jaar oud was.
Het sterrenstelsel stoot gas uit in een tempo van tienduizend zonsmassa’s per jaar en zal daardoor maar liefst 46 procent van zijn totale hoeveelheid koud gas kwijtraken. Omdat het stelsel ook in een zeer hoog tempo nieuwe sterren vormt – honderden keren sneller dan ons Melkwegstelsel – zal ook het overgebleven gas heel snel opraken, waardoor de sterproductie in ID2299 binnen enkele tientallen miljoenen jaren tot stilstand zal komen. Het onderzoeksteam denkt dat dit spectaculaire gasverlies is veroorzaakt door een botsing tussen twee sterrenstelsels die zich uiteindelijk tot ID2299 hebben samengevoegd. Dat leiden de wetenschappers af uit de connectie van het uitgestoten gas met een ‘getijdenstaart’. Getijdenstaarten zijn langgerekte stromen van sterren en gas die ontstaan wanneer twee sterrenstelsels samensmelten, maar ze zijn doorgaans te zwak om ze bij verre sterrenstelsels te kunnen waarnemen. Omdat de getijdenstaart van ID2299 nog maar net de ruimte in ‘gelanceerd’ is, en daardoor relatief helder is, heeft het team deze toch kunnen herkennen. De meeste astronomen denken dat de uitstoot van stervormingsmateriaal die ertoe leidt dat een sterrenstelsel geen sterren meer kan produceren wordt veroorzaakt door de ‘winden’ die het gevolg zijn van stervorming en van de activiteit van het zwarte gat in de kern van het stelsel. Maar het nieuwe onderzoek dat vandaag in Nature Astronomy wordt gepubliceerd wijst er nu op dat ook botsingen tussen sterrenstelsels daar verantwoordelijk voor kunnen zijn.
‘Ons onderzoek suggereert dat de oorzaak van de gasuitstoot kan liggen bij het samensmeltingsproces, en dat winden en getijdenstaarten heel veel op elkaar kunnen lijken’, zegt mede-auteur Emanuele Daddi van CEA-Saclay. Daarom zouden de winden die sommige teams bij verre sterrenstelsels hebben waargenomen in werkelijkheid wel eens getijdenstaarten kunnen zijn. ‘Wellicht zijn we genoodzaakt om onze ideeën over hoe sterrenstelsels ‘sterven’ bij te stellen’, voegt Daddi daaraan toe. Puglisi beaamt het belang van de nieuwe bevindingen: ‘Ik vond het geweldig om zo’n bijzonder sterrenstelsel te ontdekken! En ik kon niet wachten om meer te weten te komen over dit vreemde object, omdat ik ervan overtuigd was dat daaruit een belangrijke les kon worden geleerd over de evolutie van verre sterrenstelsels.’ De verrassende ontdekking werd bij toeval gedaan, toen het team de resultaten onder de loep nam van een ALMA-survey die was opgezet om de eigenschappen van koud gas in meer dan honderd verre sterrenstelsels te onderzoeken. ID2299 werd slechts een paar minuten met ALMA waargenomen, maar voor dit krachtige instrument in het noorden van Chili was dat lang genoeg om het sterrenstelsel en zijn gasstaart te kunnen detecteren.
‘ALMA heeft nieuw licht geworpen op de mechanismen die de vorming van sterren in verre sterrenstelsels kunnen stopzetten. De waarneming van deze kolossale ontwrichtende gebeurtenis voegt een belangrijk stukje toe aan de ingewikkelde puzzel van de evolutie van sterrenstelsels,’ zegt Chiara Circosta, onderzoeker aan University College London (VK), die eveneens aan het onderzoek heeft bijgedragen. In de toekomst zou het team ALMA kunnen gebruiken om dit sterrenstelsel nog nauwkeuriger te bekijken, om zo meer te weten te komen over de dynamiek van het uitgestoten gas. Waarnemingen met de toekomstige Extremely Large Telescope van ESO kunnen het team in staat stellen om de verbanden tussen de sterren en het gas in ID2299 te onderzoeken, om meer inzicht te krijgen in de evolutie van sterrenstelsels.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘A titanic interstellar medium ejection from a massive starburst galaxy at z=1.4’, dat in Nature Astronomy verschijnt (doi: 10.1038/s41550-020-01268-x).
Het onderzoeksteam bestaat uit A. Puglisi (Centre for Extragalactic Astronomy, Durham University, VK en CEA, IRFU, DAp, AIM, Université Paris-Saclay, Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, CNRS, Frankrijk [CEA]), E. Daddi (CEA), M. Brusa (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Italië en INAF-Osservatorio Astronomico di Bologna, Italië), F. Bournaud (CEA), J. Fensch (Univ. Lyon, ENS de Lyon, Univ. Lyon 1, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Frankrijk), D. Liu (Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland), I. Delvecchio (CEA), A. Calabrò (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Italië), C. Circosta (Department of Physics & Astronomy, University College London, VK), F. Valentino (Cosmic Dawn Center van het Niels Bohr Instituut, Universiteit van Kopenhagen en DTU-Space, Technische Universiteit van Denemarken), M. Perna (Centro de Astrobiología (CAB, CSIC–INTA), Departamento de Astrofísica, Spanje en INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italië), S. Jin (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna, Dpto. Astrofísica, Spanje), A. Enia (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Padova, Italië[Padova]), C. Mancini (Padova) en G. Rodighiero (Padova en INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Italië).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili, met Australië als strategische partner. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. Ook op Paranal zal ESO onderkomen bieden aan en het beheer voeren over de Cherenkov Telescope Array South, ’s werelds grootste en meest gevoelige observatorium van gammastraling. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, in samenwerking met de Republiek Chili. ALMA wordt gefinancierd door ESO (namens haar lidstaten), door de NSF in samenwerking met de National Research Council of Canada (NRC) en de National Science Council of Taiwan (NSC), en door NINS in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO (namens haar lidstaten); door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat namens Noord-Amerika wordt bestuurd door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).
