Wanneer we met onze ogen of een telescoop naar de sterrenhemel kijken, zien we licht in het zichtbare deel van het spectrum. Maar het heelal zendt ook straling uit in heel andere golflengten, van gammastraling tot radiogolven. Met de komst van de radioastronomie in de twintigste eeuw ontdekten astronomen dat sommige sterrenstelsels ongelooflijk krachtig stralen in het radiogebied. Deze kosmische “radiozenders” worden radiosterrenstelsels genoemd.
Een radiosterrenstelsel is een sterrenstelsel waarvan de kern en omgeving extreem krachtige radiostraling produceren. Die radiostraling is vaak duizenden tot miljoenen keren sterker dan die van een “gewoon” sterrenstelsel zoals onze Melkweg. Belangrijk is dat de intense radiostraling niet afkomstig is van de sterren zelf, maar van processen in de buurt van een superzwaar zwart gat in het centrum. Radiosterrenstelsels behoren daarom tot de bredere familie van actieve sterrenstelsels, net als Seyfertstelsels en quasars.
Radiosterrenstelsels zijn niet alleen indrukwekkende verschijnselen; ze zijn ook cruciaal voor de astrofysica. Hun jets beïnvloeden de gaswolken in en rond hun gaststelsel, remmen of stimuleren stervorming, en kunnen zelfs de groei van sterrenstelsels reguleren. Daarnaast fungeren radiolobben als “sondes” van het intergalactische medium: ze laten zien hoe materie en magnetische velden zich op kosmische schaal gedragen.
De ontdekking van kosmische radiobronnen
Het verhaal van radiosterrenstelsels begint in de jaren dertig van de vorige eeuw. De Amerikaanse ingenieur Karl Jansky ontdekte in 1932 toevallig een mysterieuze ruis die afkomstig bleek te zijn uit het centrum van onze Melkweg. Daarmee was de radioastronomie geboren. Pas na de Tweede Wereldoorlog, toen grote radarantennes beschikbaar kwamen voor wetenschappelijk onderzoek, begonnen astronomen het radiouniversum systematisch te verkennen. Ze ontdekten talloze krachtige radiobronnen aan de hemel. Sommige daarvan konden worden geïdentificeerd met bekende sterrenstelsels. Een beroemd voorbeeld is Cygnus A, een felle radiobron die in de jaren vijftig werd herleid tot een ver verwijderd sterrenstelsel. Een ander icoon is Centaurus A, een radiostelsel dat relatief dichtbij ligt en al met amateurinstrumenten zichtbaar is als een vreemd gevormd sterrenstelsel met een donkere stofband. Deze ontdekkingen maakten duidelijk dat er een heel nieuw kosmisch verschijnsel bestond: sterrenstelsels die enorme hoeveelheden energie uitzenden in de vorm van radiogolven.
De motor achter de radiostraling
De centrale motor van een radiosterrenstelsel is een superzwaar zwart gat dat actief materie aantrekt. Gas en stof die naar binnen spiraliseren vormen een gloeiende accretieschijf. In dit proces komt gigantisch veel energie vrij. Een deel van de materie ontsnapt niet in de schijf, maar wordt met enorme snelheid langs de polen van het zwarte gat naar buiten geslingerd in de vorm van jets: smalle bundels van plasma die soms honderdduizenden lichtjaren ver het intergalactische medium in worden gespoten. Deze jets zenden radiostraling uit door het proces van synchrotronstraling. Dat gebeurt wanneer elektronen met bijna de lichtsnelheid rondspiraalvormige banen volgen in sterke magnetische velden. Het resultaat is een krachtige radiobundel die we met radioantennes op aarde kunnen opvangen.
Twee soorten radiostelsels:
In de jaren zeventig stelden de astronomen Fanaroff en Riley een classificatie voor radiosterrenstelsels voor, gebaseerd op de structuur van hun radiolobben:
- FR I-stelsels: hebben heldere jets dicht bij de kern, die langzaam vervagen naar buiten toe. Ze zijn over het algemeen minder krachtig. Een bekend voorbeeld is Centaurus A.
- FR II-stelsels: zijn veel krachtiger en vertonen felle radiobronnen aan de uiteinden van de lobben, ver weg van de kern. Cygnus A is een klassiek FR II-stelsel.
Deze indeling helpt astronomen beter te begrijpen hoe jets zich ontwikkelen en hoe ze interageren met hun omgeving.
Kenmerken van radiosterrenstelsels
Radiosterrenstelsels vertonen een aantal karakteristieke eigenschappen:
- Radiolobben: Aan de uiteinden van de jets ontstaan vaak enorme lobben van radiostralend gas. Deze kunnen qua omvang groter zijn dan het hele gaststelsel zelf. Sommige lobben strekken zich miljoenen lichtjaren uit – kosmische structuren op werkelijk gigantische schaal.
- Jets: De smalle, vaak symmetrische bundels plasma zijn goed zichtbaar op radiobeelden, en in sommige gevallen ook in zichtbaar licht of röntgenstraling.
- Actieve kern: In het centrum bevindt zich een compacte, zeer heldere bron van radiostraling, aangedreven door het zwarte gat.
- Morfologie: Radiosterrenstelsels zijn meestal elliptische sterrenstelsels, in tegenstelling tot Seyfertstelsels die vaak spiraalvormig zijn. Het lijkt erop dat de evolutie van een sterrenstelsel mede bepaalt of het zich tot een radioreus kan ontwikkelen.
Enkele van de belangrijkste radiosterrenstelsels:
Een van de bekendste radiosterrenstelsels is Centaurus A (NGC 5128). Dit stelsel ligt op slechts ongeveer 12 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Centaur en is daarmee het dichtstbijzijnde actieve radiostelsel. In zichtbaar licht toont het zich als een elliptisch stelsel dat door een donkere stofband wordt doorsneden, maar radiobeelden laten enorme lobben zien die zich ver buiten het stelsel uitstrekken. Een ander icoon is Cygnus A, in het sterrenbeeld Zwaan. Op zo’n 600 miljoen lichtjaar afstand is dit een van de krachtigste radiobronnen aan de hemel. Het is een klassiek voorbeeld van een zogenoemd FR II-radiostelsel, met felle radiolobben aan de uiteinden van gigantische jets. De ontdekking van Cygnus A was cruciaal voor het besef dat sommige extragalactische objecten enorme hoeveelheden energie kunnen uitzenden.
Ook M87 (NGC 4486, of Virgo A) behoort tot de beroemdste radiostelsels. Dit reusachtige elliptische stelsel, gelegen op 55 miljoen lichtjaar afstand in de Virgocluster, vertoont een indrukwekkende jet die zelfs op foto’s in zichtbaar licht zichtbaar is. In 2019 werd M87 wereldnieuws toen de Event Horizon Telescope er voor het eerst een beeld van een zwart gat maakte. Niet te vergeten is 3C 273, een object in het sterrenbeeld Maagd op zo’n 2,4 miljard lichtjaar afstand. Dit was de eerste quasar die ooit werd ontdekt. Hoewel 3C 273 strikt genomen een quasar is, wordt het vaak ook in de context van radiosterrenstelsels besproken vanwege zijn krachtige radiostraling en goed zichtbare jet. Het speelde een sleutelrol in het begrip van quasars als extreem actieve kernen van verre sterrenstelsels. Een ander indrukwekkend voorbeeld is Hercules A (3C 348). Dit stelsel, ongeveer 2,1 miljard lichtjaar van ons verwijderd, staat bekend om zijn gigantische radiolobben die vele keren groter zijn dan het gaststelsel zelf. Radiobeelden tonen een prachtig symmetrisch patroon dat vaak wordt omschreven als “kosmische vlindervleugels”.
