Een internationaal team van astronomen heeft een cluster van sterrenstelsels ontdekt die veel te heet is voor zijn leeftijd. Dat dwingt wetenschappers misschien om hun ideeën over de geboorte van de grootste structuren in het heelal te herzien.
Sterrenstelsels zoals onze Melkweg zijn kuddedieren. Ze klonteren samen in clusters van tientallen tot duizenden leden, badend in een zee van ijl gas dat tot tientallen miljoenen graden heet kan worden. Dat superhete gas, het zogeheten intracluster medium, is een soort thermometer waarmee wetenschappers veel kunnen zeggen over een cluster.
Het probleem: volgens gangbare modellen heeft zo’n gas tijd nodig om zo heet te worden. Naarmate een cluster onder invloed van de zwaartekracht ineenkrimpt en stabiliseert, bouwt de temperatuur langzaam op. Een proces van miljarden jaren.
Te heet om waar te zijn?
Maar cluster SPT2349-56 heeft die memo niet gekregen. Het licht van SPT2349-56 heeft er meer dan 12 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken. Wij zien het daarom zoals het was toen het slechts 1,4 miljard jaar oud was. Dit sterrenstelselgezelschap was dus amper een kosmische peuter, maar het intracluster medium was toch meer dan vijf keer heter dan verwacht. Dat ontdekten de onderzoekers nadat ze het bestudeerden met de ALMA-radiotelescoop in Chili.
“We hadden niet verwacht zo’n hete clusteratmosfeer zo vroeg in de kosmische geschiedenis aan te treffen”, vertelt hoofdonderzoeker Dazhi Zhou, promovendus aan de University of British Columbia, in een persbericht. “Sterker nog, aanvankelijk was ik sceptisch over het signaal, omdat het te sterk leek om echt te zijn. Maar na maanden van verificatie hebben we bevestigd dat dit gas minstens vijf keer heter is dan voorspeld, en zelfs heter en energieker dan wat we in veel hedendaagse clusters aantreffen.”
De boosdoeners zijn waarschijnlijk drie superzware zwarte gaten die eerder in de cluster werden geïdentificeerd. Deze monsters, elk miljoenen tot miljarden keer zwaarder dan de zon, zijn allesbehalve passief. Ze slokken materie op en spuwen in ruil kolossale energiestralen de ruimte in. Deze warmen het gas vervolgens op.
Wat betekent dit voor onze modellen?
De ontdekking raakt aan fundamentele aannames in de kosmologie. Huidige simulaties van clustervorming gaan uit van een relatief rustig proces: gas stroomt geleidelijk naar het centrum van een cluster, wordt samengeperst door de zwaartekracht, en warmt langzaam op. Dit ‘gravitationele verhitten’ zou de dominante energiebron zijn in jonge clusters.
Maar SPT2349-56 doet wetenschappers nu denken dat feedback van zwarte gaten veel vroeger en heftiger optreedt dan aangenomen. Dit heeft verstrekkende gevolgen. Ten eerste moeten modellen van clusterevolutie mogelijk worden aangepast. Als jonge clusters al zo heet zijn, verandert dat hoe snel en efficiënt sterrenstelsels in die clusters kunnen groeien. Heet gas is immers moeilijker samen te persen tot nieuwe sterren.
Daarnaast roept deze ontdekking vragen op over de groei van superzware zwarte gaten zelf. Hoe konden deze monsters in minder dan anderhalf miljard jaar zo groot worden? Ook heeft dit implicaties voor hoe astronomen de massa van clusters schatten. Die schattingen zijn vaak gebaseerd op de temperatuur van het clustergas. Als die temperatuur systematisch hoger is in jonge clusters dan modellen voorspellen, kan dat doorwerken in onze berekeningen van de verdeling van materie in het heelal.
De onderzoekers willen nu het samenspel tussen de verschillende ingrediënten ontrafelen. “We willen begrijpen hoe de intense stervorming, de actieve zwarte gaten en deze oververhitte atmosfeer op elkaar inwerken, en wat dat ons vertelt over hoe huidige clusters van sterrenstelsels zijn opgebouwd”, zegt Zhou. Of deze ene cluster een uitzondering is of het topje van een ijsberg, moet verder onderzoek dus uitwijzen.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Webb ontrafelt donkere materie-geheim in iconische Kogelcluster en James Webb kiekt gigantisch cluster van sterrenstelsels. Of lees dit artikel: Subaru-telescoop – 25 jaar aan de frontlinie van de kosmische verkenning.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
