Astronomen hebben een van de oudste dode sterrenstelsels ooit ontdekt en dat blijkt geen slachtoffer van een kosmische ramp, maar van een langzaam, sluipend proces. Een superzwaar zwart gat kneep stukje bij beetje de brandstoftoevoer af.
De astronomen van onder meer Cambridge hebben met de James Webb-ruimtetelescoop en de radiotelescoop ALMA een bijzonder sterrenstelsel bestudeerd in het vroege heelal, zo’n drie miljard jaar na de oerknal. Het stelsel draagt de weinig poëtische naam GS-10578, maar onder onderzoekers staat het bekend als Pablo’s Galaxy, vernoemd naar de astronoom die het als eerste grondig analyseerde.
Opvallend is hoe groot het sterrenstelsel al was in zo’n vroege fase van het heelal: met een massa van ongeveer 200 miljard keer die van onze zon is het een echt zwaargewicht. Het grootste deel van zijn sterren ontstond razendsnel, tussen de 12,5 en 11,5 miljard jaar geleden.
Maar Pablo’s Galaxy lijkt een kosmische versie van live fast, die young. Ondanks zijn jonge leeftijd stopte het sterrenstelsel abrupt met het vormen van nieuwe sterren. De reden: een bijna volledig gebrek aan koud gas, de onmisbare grondstof voor stervorming.
Geen explosie, maar uithongering
De boosdoener blijkt het superzware zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel. Maar anders dan vaak gedacht, veroorzaakte dat geen allesverwoestende explosie. Integendeel: het stelsel stierf langzaam.
De onderzoekers spreken van ‘death by a thousand cuts’: het zwarte gat werd steeds opnieuw actief en verwarmde het gas in en rond het sterrenstelsel. Daardoor kon er geen nieuw, koud gas instromen. De stervorming werd dus niet in één klap beëindigd, maar langzaam de nek omgedraaid.
Veelzeggend niets
In hun zoektocht naar koud gas richtten de onderzoekers ALMA bijna zeven uur lang op Pablo’s Galaxy. Ze hoopten sporen te vinden van koolmonoxide, een betrouwbare aanwijzing voor koud waterstofgas. Maar de telescopen zagen niets. “Wat ons verbaasde, was hoeveel je kunt leren door iets níét te zien”, zegt hoofdonderzoeker Jan Scholtz van de Universiteit van Cambridge. “Zelfs met een van ALMA’s diepste waarnemingen van dit type sterrenstelsel was er praktisch geen koud gas meer over. Dat wijst op langzame uithongering, niet op één dramatische doodsklap.”
Zwarte gaten met windkracht 12
JWST leverde ondertussen spectaculair bewijs voor de activiteit van het zwarte gat. De telescoop zag krachtige gasstromen die met snelheden tot 400 kilometer per seconde uit het centrum van het sterrenstelsel werden geblazen. Elk jaar verdween zo’n 60 keer de massa van onze zon aan gas. Met zulke cijfers was de resterende brandstof in het sterrenstelsel waarschijnlijk al binnen 16 tot 220 miljoen jaar op. Dat is extreem snel vergeleken met de miljard jaar die vergelijkbare sterrenstelsels normaal nodig hebben.
Opmerkelijk genoeg oogt Pablo’s Galaxy helemaal niet chaotisch. “Het sterrenstelsel ziet eruit als een rustige, draaiende schijf”, zegt onderzoeker Francesco D’Eugenio. “Dat betekent dat het geen grote, gewelddadige botsing met een ander sterrenstelsel heeft meegemaakt.”
Toch stopte de stervorming al 400 miljoen jaar geleden, terwijl het zwarte gat nu opnieuw actief is. Dat suggereert dat niet één uitbarsting verantwoordelijk was, maar meerdere actieve fases die steeds opnieuw verhinderden dat vers gas het sterrenstelsel kon bereiken.
Vaker dan gedacht
De ontdekking helpt verklaren waarom JWST steeds meer massieve, oude sterrenstelsels aantreft in het jonge heelal. “Voor Webb kenden we dit soort objecten nauwelijks”, zegt Scholtz. “Nu zien we dat ze veel vaker voorkomen dan gedacht. Deze vorm van kosmische uithongering zou de verklaring kunnen zijn.”
De studie, gepubliceerd in Nature Astronomy, laat ook zien hoe krachtig de combinatie van ALMA en JWST is. Het team kreeg inmiddels extra waarneemtijd met JWST om warmer gas te bestuderen. Daarmee hopen de onderzoekers precies te achterhalen hoe het zwarte gat de stervorming zo effectief wist stil te leggen.
Eén ding is al duidelijk: “Je hebt niet een enkele catastrofe nodig om te voorkomen dat een sterrenstelsel sterren vormt, je hoeft alleen maar te voorkomen dat er verse brandstof binnenkomt”, besluit Scholtz.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Zwart gat blaast kosmische superstorm met krankzinnige snelheden de ruimte in en Dit is wat er gebeurt met je lichaam als je geraakt wordt door een klein zwart gat. Of lees dit artikel: Deze jonge groep sterrenstelsels is veel te heet en dat zet kosmologische modellen onder druk.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
