Astronomen hebben met behulp van ESO’s Very Large Telescope een ver sterrenstelsel ontdekt dat gas uit zijn omgeving opslokt. Het gas dat naar het sterrenstelsel toe stroomt, wordt niet alleen benut voor de vorming van nieuwe sterren, het jaagt ook de rotatie van het stelsel aan. Dit is het beste directe observationele bewijs tot nu toe dat sterrenstelsels, zoals theoretisch voorspeld, materie uit hun omgeving aantrekken om te groeien en sterren te vormen.
Astronomen vermoeden al heel lang dat sterrenstelsels materie uit hun omgeving opslokken om te kunnen groeien, maar dit proces is niet zo makkelijk rechtstreeks waarneembaar. Nu is ESO’s Very Large Telescope (VLT) ingezet om de zeer zeldzame samenstand van een ver sterrenstelsel [1] en een nog verder weg gelegen quasar – de extreem heldere kern van een stelsel die door een superzwaar zwart gat van energie wordt voorzien – te onderzoeken. Het licht van de quasar gaat door het gas in de omgeving van het voorgrondstelsel heen, wat het mogelijk maakt om de eigenschappen ervan vast te stellen [2]. Nooit eerder kon een sterrenstelsel dat bezig is zich te voeden zo goed worden bestudeerd.
‘Zo’n samenstand als deze is heel zeldzaam en maakt unieke waarnemingen mogelijk,’ aldus Nicolas Bouché van het Onderzoeksinstituut voor Astrofysica en Planetologie Research (IRAP) in Toulouse (Frankrijk) en hoofdauteur van het nieuwe onderzoeksartikel. ‘We konden ESO’s Very Large Telescope gebruiken om zowel het sterrenstelsel zelf als het gas in zijn omgeving te bekijken. Hierdoor konden we een belangrijk probleem rond de vorming van sterrenstelsels aanpakken: hoe houden sterrenstelsels de vorming van nieuwe sterren op gang?’
Bij de vorming van nieuwe sterren raken sterrenstelsels heel snel door hun gasvoorraad heen. Op de een of andere manier moeten ze dus voortdurend van vers gas worden voorzien. Astronomen vermoedden al dat de oplossing van dit vraagstuk moet worden gezocht bij de aantrekking van koud gas uit de omgeving. Volgens dit scenario trekt een sterrenstelsel gas naar zich toe dat naar het stelsel toe spiraalt en, tot het naar binnen valt, met het stelsel mee roteert. Hoewel er al eerder aanwijzingen voor dit zogeheten accretiescenario zijn gevonden [3], waren de beweging van het gas en de overige eigenschappen ervan nog nooit volledig onderzocht.
De astronomen hebben gebruik gemaakt van twee meetinstrumenten, SINFONI en UVES [4], die beide aan de VLT van de ESO-sterrenwacht op Paranal (in het noorden van Chili) zijn gekoppeld. De nieuwe waarnemingen laten niet alleen de rotatie van het sterrenstelsel zelf zien, maar geven ook duidelijkheid over de samenstelling en beweging van het gas buiten het stelsel.
‘De eigenschappen van deze grote hoeveelheid omringend gas komen precies overeen met wat we verwachten van koud gas dat door het stelsel wordt aangetrokken,’ zegt mede-auteur Michael Murphy (Swinburne University of Technology, Melbourne, Australië). ‘Dit gas beweegt precies zoals de modellen voorspellen en voldoet ook qua hoeveelheid en samenstelling daaraan. Het is alsof het voedertijd is in de dierentuin – dit sterrenstelsel heeft een enorme eetlust en we hebben ontdekt hoe het erin slaagt om zo snel te groeien.’
Astronomen hadden al aanwijzingen dat veel sterrenstelsels in het vroege heelal door materie zijn omgeven. Maar dit is voor het eerst dat ze overtuigend hebben aangetoond dat deze materie naar binnen beweegt en niet naar buiten, en de samenstelling van deze verse brandstof voor toekomstige generaties van sterren hebben kunnen bepalen. Als er geen quasar als zoeklicht achter het sterrenstelsel had gestaan, was het omringende gas niet waarneembaar geweest.
‘In dit geval hadden we het geluk dat een quasar precies op de juiste plek stond om zijn licht door het invallende gas te laten gaan. De volgende generatie van extreem grote telescopen maakt het mogelijk om zulke halo’s langs meer dan één gezichtslijn te onderzoeken, wat een veel completer beeld geeft,’ aldus mede-auteur Crystal Martin (University of California, Santa Barbara, VS).
Noten
[1] Het sterrenstelsel werd in 2012 opgespoord bij het SINFONI Mg II Program for Line Emitters (SIMPLE). De quasar op de achtergrond heet HE 2243-60. Het stelsel zelf heeft een roodverschuiving van 2,3285, wat betekent dat we het waarnemen zoals het was toen het heelal nog maar twee miljard jaar oud was.
[2] Wanneer het licht van de quasar door de gaswolken gaat, worden bepaalde golflengten geabsorbeerd. De ‘vingerafdruk’ die deze absorpties in het lichtspectrum van de quasar achterlaten, verraadt de bewegingen en de chemische samenstelling van het gas. Zonder de achtergrondquasar zou veel minder informatie zijn verkregen – de gaswolken zelf geven geen licht en zijn op directe opnamen niet te zien.
[3] Enkele aanwijzingen dat sterrenstelsels worden gevoed met materie uit de omgeving zijn al eerder gevonden, onder meer bij de SAURON-survey (LINK to SAURON ANN of 3 July).
[4] SINFONI staat voor Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared, UVES voor Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph. Beide zijn gekoppeld aan ESO’s Very Large Telescope. SINFONI is gebruikt om vast te stellen hoe het gas in het sterrenstelsel zelf beweegt en UVES mat de invloed van het gas rond het stelsel op het licht van de verre quasar.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Signatures of Cool Gas Fueling a Star-Forming Galaxy at Redshift 2.3’, dat op 5 juli 2013 in het tijdschrift Science verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit N. Bouché (CNRS; IRAP, Frankrijk), M.T. Murphy (Swinburne University of Technology, Melbourne, Australië), G.G. Kacprzak (Swinburne University of Technology, Australië; Australian Research Council Super Science Fellow), C. Péroux (Aix Marseille University, CNRS, Frankrijk), T. Contini (CNRS; University Paul Sabatier of Toulouse, Frankrijk), C.L. Martin (University of California, Santa Barbara, VS), M. Dessauges-Zavadsky (Sterrenwacht van Genèva, Zwitserland).
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.
