Waarnemingen met ESO’s Very Large Telescope (VLT), de Gemini South-telescoop en de Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) hebben het bestaan van een nieuwe klasse van sterrenstelsels aan het licht gebracht. Vanwege hun vreemde vorm en kleur hebben zij de bijnaam ‘tuinboonstelsels’ gekregen. De stelsels, die aan het gloeien worden gebracht door het intense licht uit de omgeving van een monsterachtig zwart gat, behoren tot de zeldzaamste objecten in het heelal.
Veel sterrenstelsels hebben een reusachtig zwart gat in hun centrum, dat het gas in de omgeving aan het gloeien brengt. Maar in het geval van de tuinboonstelsels gloeit het volledige sterrenstelsel, niet alleen de kern. Deze nieuwe waarnemingen tonen de grootste en helderste gloeiende gebieden die ooit zijn ontdekt. Vermoed wordt dat zij hun energie ontlenen aan centrale zwarte gaten die voorheen heel actief waren, maar inmiddels tot rust zijn gekomen.
Astronoom Mischa Schirmer van de Gemini-sterrenwacht had bij zijn zoektocht naar clusters van sterrenstelsels al heel wat foto’s van het verre heelal bekeken, maar op een opname van de Canada-France-Hawaii Telescope zag hij iets wat hij nog nooit eerder had gezien: het leek op een sterrenstelsel, maar het was helder groen. Omdat het object niet in de verste verte op andere sterrenstelsels leek, diende Schirmer snel een verzoek in om ESO’s Very Large Telescope op de bron van die vreemde groene gloed te mogen richten [1].
‘ESO kende me heel snel waarnemingstijd toe, en al een paar dagen nadat ik mijn voorstel had ingediend, werd dit bizarre object met de VLT waargenomen,’ zegt Schirmer. ‘Tien minuten nadat de gegevens in Chili waren verzameld, had ik ze op mijn computer in Duitsland staan. Toen duidelijk werd dat ik op iets compleet nieuws was gestuit, stuurde ik mijn onderzoeksactiviteiten snel bij.’
Het nieuwe object kreeg de aanduiding J224024.1 092748 of kortweg J2240. Het staat in het sterrenbeeld Waterman en zijn licht heeft er ongeveer 3,7 miljard jaar over gedaan om de aarde bereiken.
Na de ontdekking doorzocht Schirmers team een bestand van bijna een miljard andere sterrenstelsels [2] en daarbij werden zestien stelsels met vergelijkbare kenmerken opgespoord. De groene stelsels zijn extreem zeldzaam: in een gebied van 1,3 miljard bij 1,3 miljard bij 1,3 miljard lichtjaar wordt er gemiddeld maar eentje aangetroffen. Hun bijnaam tuinboonstelsels hebben de stelsels niet alleen aan hun kleur te danken, maar ook aan het feit dat ze enigszins op de kleinere ‘doperwtstelsels’ lijken [3].
In veel sterrenstelsels zendt de materie rond het superzware zwarte gat in het centrum intense straling uit, die het omringende gas ioniseert en aan het gloeien brengt. Bij de meeste actieve stelsels zijn deze gloeiende gebieden vrij klein: ongeveer tien procent van de middellijn van het stelsel. Maar in het geval van J2240 en de andere tuinboonstelsels die inmiddels zijn opgespoord, beslaat het gloeiende gebied het volledige stelsel. J2240 vertoont een van de grootste en helderste van zulke gebieden die tot nu toe zijn ontdekt. De vreemde kleur die Schirmers aandacht trok is afkomstig van geïoniseerde zuurstofatomen.
‘Deze gloeiende gebieden zijn een fantastisch hulpmiddel om de fysica van sterrenstelsels te leren begrijpen – het is alsof je van heel grote afstand een thermometer in een stelsel steekt,’ zegt Schirmer. ‘Gewoonlijk zijn deze gebieden niet erg groot of helder, en zijn ze dus alleen in nabije stelsels goed te zien. Maar in de stelsels die we nu hebben ontdekt zijn ze dermate groot en helder, dat ze ondanks hun grote afstanden gedetailleerd waargenomen kunnen worden.’
Bij de verdere analyse van de gegevens dook al snel een ander raadsel op. J2240 lijkt een veel minder actief zwart gat in zijn centrum te hebben dan je op grond van de grootte en helderheid van het gloeiende gebied zou verwachten. Daarom denken de astronomen dat de gloeiende gebieden echo’s zijn van een veel actievere periode van het centrale zwarte gat en dat ze, bij het passeren van de laatste resten straling, geleidelijk zullen uitdoven [3].
De groene stelsels verraden de aanwezigheid van een uitdovend galactisch centrum – een zeer kortstondige fase in het leven van een sterrenstelsel. In het vroege heelal waren sterrenstelsels veel actiever, doordat de groeiende superzware zwarte gaten in hun centra sterren en gas uit de omgeving opslokten en tot wel honderd keer zoveel licht produceerden als alle sterren van het stelsel bij elkaar. Lichtecho’s zoals J2240 die vertoont, stellen astronomen in staat om het tot rust komen van deze actieve objecten te bestuderen en beter te leren begrijpen hoe, wanneer en waarom ze stilvallen – en waarom hun aantallen onder jongere sterrenstelsels nu zo klein zijn. Daartoe wil Schirmers team het onderzoek uitbreiden met röntgen- en spectroscopische waarnemingen.
‘Iets compleet nieuws ontdekken is de droom van elke astronoom – zoiets maak je maar één keer in je leven mee,’ besluit Schirmer. ‘Het is enorm inspirerend.’
Noten
[1] De astronomen hebben het object onderzocht met de krachtige X-shooter-spectrograaf van de VLT. Door het licht ervan tot zijn samenstellende kleuren te ontleden, konden zij de samenstelling van het gloeiende materiaal en de oorzaak van de heldere gloed vaststellen.
[2] Bij deze zoekactie werd gebruik gemaakt van de enorme online-database van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
[3] Doperwtstelsels zijn kleine, heldere sterrenstelsels waarin hevige stervorming plaatsvindt. Ze werden in 2007 opgespoord door deelnemers van het astronomische crowd-sourcing-project Galaxy Zoo. Anders dan de tuinboonstelsels zijn deze stelsels heel klein – ons Melkwegstelsel bevat ongeveer tweehonderd keer zoveel massa als het gemiddelde doperwtstelsel. De overeenkomst tussen doperwt- en tuinboonstelsels beperkt zich tot hun uiterlijk: de meeste vertonen verder geen verwantschap.
[4] In veel actieve sterrenstelsels gaat het centrale zwarte gat schuil achter grote hoeveelheden stof, waardoor zich moeilijk laat vaststellen hoe actief het zwarte gat is. Om na te gaan of tuinboonstelsels inderdaad anders zijn dan andere stelsels met een verborgen centrum, hebben de astronomen gekeken naar gegevens die op veel langere infraroodgolflengten zijn verkregen – golflengten waarbij ook heel dichte stofwolken min of meer transparant zijn. Daarbij bleek dat de centrale gebieden van J2240 en andere tuinboonstelsels veel zwakker zijn dan verwacht. Dat betekent dat hun kernen nu veel minder actief zijn dan je op grond van de helderheid van de gloeiende gebieden zou verwachten.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘A sample of Seyfert-2 galaxies with ultra-luminous galaxy-wide NLRs – Quasar light echos?’, dat in The Astrophysical Journal zal verschijnen.
Het onderzoeksteam bestaat uit M. Schirmer (Gemini Observatory, Chili; Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Duitsland), R. Diaz (Gemini Observatory), K. Holhjem (SOAR Telescope, Chili), N.A. Levenson (Gemini Observatory) en C. Winge (Gemini Observatory).
Het jaar 2012 staat in het teken van de vijftigste verjaardag van de oprichting van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. 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 uitsluitend 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. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
De Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) wordt beheerd door de Canadese National Research Council, het Franse Institut National des Sciences de l'Univers van het Centre National de la Recherche Scientifique en de Universiteit van Hawaï.
