Het zwarte gat van de melkweg groeit, en de melkweg laat ook nieuwe sterren groeien – voorlopig
Een koude quasar (afgebeeld) is een sterrenstelsel dat door een laatste zucht van stervorming gaat terwijl het centrale superzware zwarte gat ontwaakt. Binnen een paar honderd miljoen jaar denken astronomen dat een zwart gat stof en gas uit de melkweg zal blazen en stervorming zal stoppen.
Een verre melkweg is betrapt tijdens het afsluiten.
Het sterrenstelsel, CQ 4479 genaamd, vormt nog steeds volop nieuwe sterren. Maar het heeft ook een actief voedend superzwaar zwart gat in het midden dat stervorming binnen een paar honderd miljoen jaar tot stilstand zal brengen, meldden astronomen op 11 januari op de virtuele bijeenkomst van de American Astronomical Society. Door dit sterrenstelsel en soortgelijke sterrenstelsels te bestuderen, kunnen astronomen erachter komen hoe dergelijke uitschakelingen precies gebeuren.
“Hoe sterrenstelsels precies afsterven, is een open vraag”, zegt astrofysicus Allison Kirkpatrick van de Universiteit van Kansas in Lawrence. “Dit zou ons veel inzicht kunnen geven in dat proces.”
Astronomen denken dat sterrenstelsels meestal beginnen met het maken van nieuwe sterren met een passie. De sterren worden gevormd uit zakken met koud gas die onder hun eigen zwaartekracht samentrekken en in hun centra thermonucleaire fusie doen ontbranden. Maar op een gegeven moment verstoort iets de koude stervormende brandstof en stuurt deze naar het superzware zwarte gat in de kern van de melkweg. Dat zwarte gat slokt het gas op en verwarmt het witgloeiend. Een actief voedend zwart gat is te zien vanaf miljarden lichtjaren afstand en staat bekend als een quasar. Straling van het hete gas pompt extra energie in de rest van de melkweg, waarbij het resterende gas wordt weggeblazen of opgewarmd totdat de stervormingsfabriek voorgoed sluit (SN: 3/5/14).
Dat plaatje past bij de soorten sterrenstelsels die astronomen doorgaans in het universum zien: “blauwe en nieuwe” stervormers en “rode en dode” slapende sterrenstelsels. Maar bij het onderzoeken van gegevens van grote luchtonderzoeken, merkten Kirkpatrick en collega’s een ander type op. Het team ontdekte ongeveer twee dozijn sterrenstelsels die energetische röntgenstralen uitzenden die kenmerkend zijn voor een actief schrokken zwart gat, maar ook schijnen in laag-energetisch infrarood licht, wat onthult dat er ergens in de sterrenstelsels nog steeds koud gas is. Kirkpatrick en collega’s noemden deze melkwegstelsels “koude quasars” in een paper van 1 september Astrophysical Journal.
“Als je een zwart gat ziet dat actief materiaal aan het verzamelen is, verwacht je dat de stervorming al is gestopt”, zegt co-auteur en astrofysicus Kevin Cooke, ook van de Universiteit van Kansas, die het onderzoek tijdens de bijeenkomst presenteerde. “Maar koude quasars bevinden zich in een rare tijd dat het zwarte gat in het centrum zich net begint te voeden.”
Om individuele koude quasars in meer detail te onderzoeken, gebruikten Kirkpatrick en Cooke SOFIA, een vliegtuig dat is uitgerust met een telescoop die kan zien in een reeks infrarode golflengten die de oorspronkelijke koude quasar-waarnemingen niet bestreken. SOFIA keek in september 2019 naar CQ 4479, een koude quasar op ongeveer 5,25 miljard lichtjaar afstand.
De waarnemingen toonden aan dat CQ 4479 ongeveer 20 miljard keer de massa van de zon in sterren heeft, en dit voegt ongeveer 95 zonnen per jaar toe. (Dat is een razendsnelle snelheid vergeleken met de Melkweg; ons thuisstelsel bouwt twee of drie zonsmassa’s aan nieuwe sterren per jaar.) Het centrale zwarte gat van CQ 4479 is 24 miljoen keer zo zwaar als de zon en groeit met ongeveer 0,3 zonsmassa. per jaar. In termen van percentage van hun totale massa groeien de sterren en het zwarte gat in dezelfde mate, zegt Kirkpatrick.
Dat soort “lockstep-evolutie” druist in tegen theorieën over hoe sterrenstelsels afnemen en afnemen. “Je moet eerst al je sterren laten groeien, en dan groeit je zwarte gat”, zegt Kirkpatrick. “Dit [galaxy] laat zien dat er een periode is dat ze echt samen groeien. “
Cooke en collega’s schatten dat het sterrenstelsel over een half miljard jaar 100 miljard zonsmassa’s aan sterren zal herbergen, maar dat het zwarte gat passief en stil zal zijn. Al het koude stervormingsgas is opgewarmd of weggeblazen.
De waarnemingen van CQ 4479 ondersteunen de brede ideeën over hoe sterrenstelsels afsterven, zegt astronoom Alexandra Pope van de Universiteit van Massachusetts Amherst, die niet betrokken was bij het nieuwe werk. Gezien het feit dat sterrenstelsels uiteindelijk hun stervorming uitschakelen, is het logisch dat er een overgangsperiode moet zijn. De bevindingen zijn een “bevestiging van deze belangrijke fase in de evolutie van sterrenstelsels”, zegt ze. Door meer koude quasars van dichterbij te bekijken, kunnen astronomen erachter komen hoe snel sterrenstelsels afsterven.
