Wetenschappers hebben met behulp van ALMA turbulente reservoirs van koud gas gedetecteerd rond verre, snelgroeiende sterrenstelsels. Ze deden dat door voor het eerst te kijken naar het molecuul CH+. Via CH+ moleculen kunnen onderzoekers volgen hoe het kan dat sterrenstelsels langer dan gedacht snel sterren vormen. Het is een nieuwe methode om een belangrijk tijdperk in de stervormingsgeschiedenis van het heelal beter te bestuderen. De resultaten van het onderzoek verschijnen in het vaktijdschrift Nature.
Een team onder leiding van Edith Falgarone (Ecole Normale Supérieure en Observatoire de Paris, Frankrijk) gebruikte de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) om de aanwezigheid van CH+ [1] op te sporen in verre, snelgroeiende sterrenstelsels [2]. In vijf van de zes bestudeerde starburststerrenstelsels vonden de onderzoekers signalen van CH+, ook in de Kosmische Wimper (Cosmic Eyelash (eso1012)) [3]. Het onderzoek leert astronomen beter hoe sterrenstelsels groeien en hoe de omgeving van een sterrenstelsel ervoor zorgt dat de stervorming aan de gang blijft.
“CH+ is een speciaal molecuul. Het heeft veel energie nodig om te ontstaan en het reageert snel. Dat betekent dat het molecuul kort leeft en dat het maar korte afstanden aflegt. Als we het spoor van CH+ volgen, dan kunnen we zien hoe energie door sterrenstelsels en hun omgeving stroomt,” zegt Martin Zwaan, sterrenkundige bij ESO en onderzoeker in het team. Hoe CH+ een spoor van energie kan achterlaten, wordt duidelijk door het te vergelijken met een varende zeilboot in een tropische oceaan tijdens een donkere nacht. Bij de juiste omstandigheden licht fluorescerend plankton op rond de boot. De wervelingen die de boot veroorzaakt, zorgen ervoor dat het plankton licht uitstraalt. Daardoor verklapt het plankton als het ware dat er turbulente gebieden zijn in het water. Zo is het ook met CH+. Het vormt zich alleen in gebieden waar snel turbulent gas aanwezig is. Via CH+ kan een spoor van energie worden gevolgd.
De waargenomen CH+ onthult dichte schokgolven die ontstaan in hete, snelle galactische winden in het binnenste van de stervormingsgebieden. Deze winden stromen door het sterrenstelsel en duwen materiaal naar buiten. Maar hun turbulente bewegingen zijn zo grillig dat een deel van het materiaal weer ingevangen kan worden door de zwaartekracht van het sterrenstelsel. Het ingevangen materiaal vormt enorme, woest stromende voorraden van koel gas met een lage dichtheid. De reservoirs strekken zich meer dan 30.000 lichtjaar buiten de stervormingsregio uit [4]. “Dankzij CH+ leren we dat energie wordt opgeslagen in enorme stormen ter grootte van een heel sterrenstelsel,” zegt Falgarone, de eerste auteur van de nieuwe publicatie. “Onze resultaten dagen de huidige theorie van de evolutie van sterrenstelsels uit. Het lijkt erop dat de turbulentie in de reservoirs er via de galactische winden juist voor zorgt dat de stervorming langer doorgaat in plaats van dat ze de stervorming uitdooft.”
Het team stelde vast dat de sterrenwinden op zichzelf niet genoeg zijn om de gasreservoirs bij te vullen. Het lijkt erop dat het samensmelten van sterrenstelsels of het opnemen van verborgen gasstromen, zoals de huidige theorie voorspelt, ook belangrijk is. “Deze ontdekking zorgt voor een grote stap voorwaarts in ons begrip over hoe de instroom van materiaal wordt gereguleerd in de meest intense stervormende sterrenstelsels,” zegt ESO’s wetenschappelijk directeur, Rob Ivison, co-auteur van de publicatie. “Het laat zien wat we kunnen bereiken als wetenschappers van diverse vakgebieden een van 's werelds sterkste telescopen gebruiken.”
Noten
[1] CH+, een ion van het CH-molecuul, is onder chemici bekend als methylidynium. Het is een van de eerste drie moleculen die ooit in de gebieden tussen sterrenstelsels werd ontdekt. Sinds de ontdekking in het begin van de jaren 1940, is de aanwezigheid van CH+ een raadsel omdat het extreem reactief is en daarom sneller verdwijnt dan andere moleculen.
[2] Deze sterrenstelsels staan erom bekend dat ze veel sneller sterren vormen dan Melkweg-achtige sterrenstelsels in ruste. Deze structuren zijn ideaal om de groei van sterrenstelsels te bestuderen en om te kijken naar de wisselwerking tussen gas, stof, sterren en de zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels.
[3] ALMA is gebruikt om spectra van elk sterrenstelsel te maken. Een spectrum is een opname van licht, hier van een astronomisch verschijnsel, opgesplitst in de verschillende kleuren (of golflengten). Spectra zijn te vergelijken met bijvoorbeeld het verschijnsel dat regendruppels licht verspreiden en zo voor een regenboog zorgen. Omdat elk scheikundig element een uniek spectrum heeft, kunnen spectra gebruikt worden om de chemische samenstelling te bepalen van sterrenkundige objecten.
[4] Deze turbulente reservoirs met diffuus gas zijn misschien van dezelfde aard als de reusachtige gloeiende halo's die rond verre quasars worden gezien.
