Bij waarnemingen met ESO’s Very Large Telescope in Chili is een nieuwe klasse van ‘donkere’ bolvormige sterrenhopen ontdekt rond het reusachtige sterrenstelsel Centaurus A. Deze geheimzinnige objecten lijken op normale sterrenhopen, maar hebben veel meer massa en herbergen ofwel veel donkere materie of bevatten zware zwarte gaten. Geen van beide was verwacht, en een verklaring ontbreekt nog.
Bolvormige sterrenhopen of kortweg bolhopen zijn enorme samenballingen van duizenden sterren die in banen om sterrenstelsels draaien. Ze behoren tot de oudst bekende stersystemen in het heelal en bestaan al bijna zo lang als er sterrenstelsels zijn. Matt Taylor, promovendus aan het Pontificia Universidad Catolica de Chile (Santiago, Chili) en houder van een ESO-studiebeurs, is hoofdauteur van het nieuwe onderzoek. Hij beschrijft waar het om gaat: ‘Bolhopen en de sterren waaruit zij bestaan spelen een sleutelrol bij het onderzoek van ontstaan en evolutie van sterrenstelsels. Decennialang dachten astronomen dat de sterren waaruit een bolhoop bestaat allemaal even oud zijn en dezelfde chemische samenstelling hebben. Maar inmiddels weten we dat deze objecten vreemder en gecompliceerder zijn.’ Het elliptische sterrenstelsel Centaurus A (ook bekend als NGC 5128) is het dichtstbijzijnde reuzenstelsel en herbergt naar schatting 2000 bolhopen. Veel van deze sterrenhopen zijn helderder en zwaarder dan de circa 150 die om onze Melkweg cirkelen.
Matt Taylor en zijn team hebben 125 bolhopen rond Centaurus A aan een van de meest gedetailleerde onderzoeken tot nu toe onderworpen. Daarbij hebben ze gebruik gemaakt van het FLAMES-instrument van ESO’s Very Large Telescope van de Paranal-sterrenwacht in het noorden van Chili [1]. Ze hebben deze waarnemingen gebruikt om de massa’s van de bolhopen te bepalen [2] en de uitkomsten te vergelijken met de helderheden van de sterrenhopen. Voor de bolhopen in het nieuwe onderzoek geldt dat de helderdere exemplaren doorgaans meer massa hebben dan je op grond van hun grotere aantallen sterren zou verwachten. Een sterrenhoop die meer sterren bevat is automatisch helderder en zwaarder, maar sommige van deze bolhopen waren veel zwaarder dan ze leken. En nog vreemder was dat naarmate deze ongewone sterrenhopen meer massa hadden, een groter deel van hun materie donker was. Deze sterrenhopen bevatten iets dat donker en verborgen is en veel massa heeft. Maar wat?
Er bestonden diverse mogelijkheden. Hebben de ‘donkere’ sterrenhopen zwarte gaten of andere donkere stellaire overblijfselen in hun kern? Dat kan een deel van de verborgen massa verklaren, maar de onderzoekers zijn tot de conclusie gekomen dat dit niet het complete verhaal kan zijn. Donkere materie dan? Aangenomen wordt dat deze geheimzinnige substantie niet of nauwelijks in bolhopen te vinden is. Maar misschien hebben sommige van deze sterrenhopen, om de een of andere reden, aanzienlijke concentraties van donkere materie in hun kern weten vast te houden. Dat zou de waarnemingen verklaren, maar past niet in de gangbare theorie. Mede-auteur Thomas Puzia voegt daaraan toe: ‘Onze ontdekking van sterrenhopen met onverwacht veel massa voor het aantal sterren dat ze bevatten, kan erop wijzen dat er diverse soorten bolhopen bestaan, met elk hun eigen ontstaansgeschiedenis. Kennelijk lijken sommige sterrenhopen op doodgewone bolhopen, maar hebben zij onvermoede eigenschappen.’
Het raadsel van deze objecten is dus nog niet opgelost. Het team is ook betrokken bij een breder onderzoek van andere bolhopen in andere sterrenstelsels, en er zijn enkele intrigerende aanwijzingen gevonden dat ook elders van deze donkere sterrenhopen te vinden zijn. Matt Taylor vat de stand van zaken samen: ‘We zijn bij toeval op een nieuwe, geheimzinnige klasse van sterrenhopen gestuit. Dit toont aan dat we nog veel moeten leren over de diverse aspecten van de vorming van bolhopen. Het is een belangrijk resultaat en het is nu zaak om meer voorbeelden van donkere sterrenhopen bij andere sterrenstelsels op te sporen.’
Noten
[1] Tot nu toe hebben astronomen alleen bolhopen binnen de Lokale Groep zo nauwkeurig onderzocht. De relatief kleine afstanden maken directe metingen van hun massa’s mogelijk. Door naar NGC 5128 te kijken – een solitair, zwaar elliptisch sterrenstelsel dat met een afstand van ongeveer 12 miljoen lichtjaar net buiten de Lokale Groep ligt – en het uiterste van VLT/FLAMES te vergen, konden zij de massa’s schatten van bolvormige sterrenhopen die zich in een compleet andere omgeving bevinden.
[2] De FLAMES-waarnemingen verschaffen informatie over de bewegingen van de sterren in de sterrenhopen. Deze baaninformatie is afhankelijk van de sterkte van het zwaartekrachtsveld en kan dus worden gebruikt om de massa van de sterrenhoop te bepalen – astronomen noemen zulke schattingen ‘dynamische massa’s’. De combinatie van het licht-verzamelende vermogen van een 8,2-meter VLT Unit Telescope en FLAMES’ vermogen om meer dan honderd sterrenhopen tegelijk te observeren was cruciaal voor het verzamelen van de voor dit onderzoek noodzakelijke gegevens.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Observational evidence for a dark side to NGC 5128’s globular cluster system’, van M. Taylor et al., dat in de Astrophysical Journal verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit Matthew A. Taylor (Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chili; ESO, Santiago, Chili), Thomas H. Puzia (Pontificia Universidad Catolica de Chile), Matias Gomez (Universidad Andres Bello, Santiago, Chili) en Kristin A. Woodley (University of California, Santa Cruz, California, VS).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. 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), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
