In grote sterrenstelsels stopt de stervorming soms veel eerder dan verwacht. Hiervoor zijn verschillende verklaringen bedacht, maar er is nog geen consensus. Een internationale onderzoeksgroep presenteert nu een theoretisch model dat een breed scala aan geobserveerde sterrenstelsels kan verklaren. Superzware zwarte gaten spelen hierin de hoofdrol.
Het nieuwe theoretische model beschrijft de wisselwerking tussen het superzware zwarte gat dat in het centrum van bijna elk sterrenstelsel te vinden is en de vorming van nieuwe sterren. Ze tonen hoe het zwarte gat ervoor kan zorgen dat twee sterrenstelsel met dezelfde massa toch op verschillende momenten stoppen met stervorming.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Blauw, groen en rood
Sterren vormen doordat heet gas in een sterrenstelsel afkoelt en samenklontert. Als zo’n gasklont groot en zwaar genoeg is, zorgt de interne druk dat kernfusie opgang komt. Het gas begint dan te stralen en er is een nieuwe ster geboren.
Stelsels waarin nieuwe sterren geboren worden, zenden veel blauw licht uit. Grote, blauwe sterren leven namelijk relatief kort. Hun aanwezigheid geeft dus aan dat er recent sterren gevormd zijn. Wanneer een sterrenstelsel rood kleurt, betekent dit dat het het einde van zijn leven nadert. Het bevat dan veel lichtzwakke, rode sterren die zo lang leven dat ze als laatste overblijven als de rest van het sterrenstelsel al in ruste is. Tussen de rode en de blauwe fase is er een groene overgangsperiode.
Parasitaire zwarte gaten
Volgens de onderzoekers kan het superzware zwarte gat binnen in een sterrenstelsel de overgang van blauw naar rood in gang zetten. ‘Het idee is dat in stervormende sterrenstelsels het centrale zwarte gat als een parasiet is die uiteindelijk groeit en zijn gastheer doodt’, vertelt Sandra Faber van de Universiteit van Californië te Santa Cruz.
Het centrale zwarte gat verstoort de stervorming door zogeheten feedback. Dit is de energie die ontstaat als sterren, gas en andere materie te dicht bij het zwarte gat komen en naar binnen worden gezogen. De materie warmt op als hij naar het zwarte gat toegetrokken wordt en zendt daarbij straling uit. Die straling kan het gas in het sterrenstelsel verstoren en verhitten, waardoor het geen sterren meer kan vormen. Als een zwart gat zwaar genoeg is, kan het zo de stervorming in een heel sterrenstelsel laten uitdoven.
Dit idee bestond al langer. Maar het nieuwe theoretische model voorspelt de omstandigheden waaronder het zwarte gat zo zwaar kan worden.
Melkweg en Andromeda
Het blijkt dat grote, stervormende sterrenstelsels met een lage sterrendichtheid een centraal zwart gat met een lage massa hebben. Pas als de sterrendichtheid toeneemt, kan het zwarte gat groeien en zo zwaar worden dat zijn feedback stervorming doet stoppen.
Dat betekent dat die grote, ijle sterrenstelsels langer nieuwe sterren vormen dan kleinere compacte sterrenstelsels met dezelfde massa. In de compacte stelsels groeit het zwarte gat immers sneller. De periode waarin het zwarte gat flink groeit, is de groene transitieperiode.
Deze theoretische beschrijving verklaart ook het verschil tussen de Melkweg en ons buurstelsel Andromeda. Faber: ‘De Melkweg en Andromeda hebben bijna dezelfde massa, maar het zwarte gat van Andromeda is bijna vijftig keer groter dan dat van de Melkweg.’ Mogelijk komt dit doordat de Melkweg net de groene fase in gaat terwijl Andromeda al bijna aan de rode fase begint. In de Melkweg heeft de feedback de stervorming dus nog minder uitgedoofd.