Supernova-explosies en de stralen van een monsterlijk zwart gat verspreiden het stervormende gas van één melkwegstelsel, wat een dramatische transformatie veroorzaakt van spiraalvormige galactische jeugd naar oudere elliptische trainer, volgens een nieuwe studie van een recent samengevoegd sterrenstelsel. Koel gas, de brandstof waaruit nieuwe sterren ontstaan, is essentieel voor de jeugd en kracht van een sterrenstelsel. Maar supernova-explosies kunnen de achteruitgang van stervorming veroorzaken, en dan maken schokgolven van het superzware zwarte gat het werk af, waardoor spiraalstelsels veranderen in "rode en dode" elliptische stelsels.
Astronomen denken dat ze een recent samengevoegd sterrenstelsel, NGC 3801, hebben geïdentificeerd waar dit gasverlies net is begonnen. Met behulp van ultraviolette waarnemingen van NASA's Galaxy Evolution Explorer (GALEX) en tal van andere instrumenten, vullen de nieuwe bevindingen een belangrijke leemte in het huidige begrip van galactische evolutie.
"We hebben een melkwegstelsel gevangen terwijl het zijn gasvormige brandstof vernietigde voor nieuwe sterren en marcheerden in de richting van een rood en dood type melkwegstelsel", zegt Ananda Hota, hoofdauteur van een nieuw artikel in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Maatschappij. "We hebben een cruciaal ontbrekend stuk gevonden om de puzzel van deze fase van de evolutie van sterrenstelsels te verbinden en op te lossen."
Het is al lang bekend dat gasrijke spiraalstelsels zoals onze Melkweg samen smelten om elliptische sterrenstelsels te creëren zoals die in de studie zijn waargenomen. Deze grote, ronde sterrenstelsels hebben weinig stervorming.
De superzware zwarte gaten die zich in de centra van sterrenstelsels bevinden, kunnen opvlammen wanneer ze tijdens galactische fusies door gas worden verstopt. Terwijl een gigantisch zwart gat voedt, schieten kolossale materiestralen eruit naar buiten, wat aanleiding geeft tot wat bekend staat als een actieve galactische kern. Volgens de theorie worden schokgolven van deze stralen verhit en verspreiden ze de reservoirs van koud gas in elliptische sterrenstelsels, waardoor nieuwe sterren geen vorm krijgen.
NGC 3801 vertoont tekenen van een dergelijk proces. Dit sterrenstelsel is uniek omdat het bewijs van een fusie in het verleden duidelijk te zien is en de schokgolven van de stralen van het centrale zwarte gat zich zeer recentelijk hebben verspreid. De onderzoekers gebruikten de Galaxy Evolution Explorer om de leeftijd van de sterren van de melkweg te bepalen en de evolutionaire geschiedenis ervan te ontcijferen. De ultraviolette waarnemingen tonen aan dat de stervorming van NGC 3801 de afgelopen 100 tot 500 miljoen jaar is uitgeput, wat aantoont dat de melkweg inderdaad zijn jeugdjaren begint te verlaten. Door het ontbreken van veel grote, nieuwe, blauwe sterren ziet NGC 3801 er in het zichtbare licht geelachtig en roodachtig uit, en dus van middelbare leeftijd.
Waardoor veroudert de melkweg en worden er minder sterren gemaakt? De kortstondige blauwe sterren die zich vlak na de versmelting met een ander sterrenstelsel hebben gevormd, zijn al opgeblazen als supernovae. Gegevens van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA onthulden dat die stellaire explosies een snelle uitstroom van verwarmd gas uit de centrale regio's van NGC 3801 hebben veroorzaakt. Die uitstroom begint de reserves van koud gas te verbannen en zo in de algemene sterproductie van NGC 3801 te snijden.
Er vindt nog steeds enige stervorming plaats in NGC 3801, zoals te zien is in ultraviolette golflengten waargenomen door de Galaxy Evolution Explorer en in infraroodgolflengten gedetecteerd door NASA's Spitzer-ruimtetelescoop. Maar die laatste jeugdflits zal binnenkort worden gedoofd door de kolossale schokgolven van de stralen van het zwarte gat, die in röntgenlicht worden gezien door NASA's Chandra X-ray Observatory. Deze explosiegolven haasten zich vanuit het galactische centrum naar buiten met een snelheid van bijna twee miljoen mijl per uur (bijna 900 kilometer per seconde). De golven zullen de buitenste delen van NGC 3801 binnen ongeveer 10 miljoen jaar bereiken, waardoor het resterende koele waterstofgas wordt verspreid en de melkweg echt rood en dood wordt.
Astronomen denken dat de overgang die in het begin van NGC 3801 is gemaakt - van de fusie van gasrijke sterrenstelsels tot de opkomst van een ouderwetse elliptische trainer - heel snel gaat op kosmische tijdschalen.
“Het blussen van stervorming door feedback van de actieve galactische kern vindt waarschijnlijk plaats in slechts een miljard jaar. Dat is niet erg lang vergeleken met de leeftijd van 10 miljard jaar van een typisch groot sterrenstelsel '', zei Hota. "De explosieve schokgolfgebeurtenis veroorzaakt door het centrale zwarte gat is zo krachtig dat het de toekomstige loop van de evolutie van een heel sterrenstelsel dramatisch kan veranderen."
Aanvullende waarnemingen voor de studie in optisch licht zijn afkomstig van de Sloan Digital Sky Survey en in radio met gebruikmaking van de Very Large Array in New Mexico.
Hota is een astronoom in Pune, India, die de studie heeft uitgevoerd als postdoctoraal onderzoeker aan het Institute of Astronomy & Astrophysics van Academia Sinica in Taipei, Taiwan.
