Waarom ver sterrenstelsel geen nieuwe sterren meer maakt

Sterrenkunde Verre sterrenstelsels produceren al lang geen sterren meer. Hoe dat komt, laten astronomen zien met computersimulaties.

Het verre elliptische sterrenstelsel ESO 325-G004 NASA, ESA, and The Hubble Heritage

De verre voorlopers van de grootste sterrenstelsels in het heelal – de zogeheten elliptische stelsels – bevatten meer gas en stof dan verwacht. Dat blijkt uit nieuw onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Nature Astronomy zijn gepubliceerd. Toch produceren stelsels van dit type al miljarden jaren geen nieuwe sterren meer. Hoe kan dat?

Sterren ontstaan wanneer een wolk koel gas – voornamelijk waterstof en helium – onder invloed van zijn eigen zwaartekracht samentrekt. Daarbij kunnen druk en temperatuur zo hoog oplopen dat er kernfusie optreedt. Zo generen sterren licht en warmte.

In ons eigen Melkwegstelsel en andere spiraalvormige sterrenstelsels gaat de productie van nieuwe sterren nog steeds door. De veel grotere elliptische stelsels bevatten echter nauwelijks nog gas en hebben de afgelopen 10 miljard jaar vrijwel geen nieuwe sterren meer gevormd.

Computersimulaties

Uit onderzoek door een internationaal team van astronomen, onder leiding van de Zwitser Raphaël Gobat, is nu gebleken dat verre voorlopers van de elliptische stelsels, waarvan het licht er meer dan 10 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken, wél flinke hoeveelheden gas bevatten. Uit de infraroodstraling die de stelsels uitzenden kan worden afgeleid dat deze nog sterren produceren – op een laag pitje.

Computersimulaties laten zien dat het rendement van het stervormingsproces in zo’n elliptisch sterrenstelsel keldert zodra de hoeveelheid materie daarin voor minder dan 20 procent uit gas bestaat. Daarbij komt nog dat de min of meer bolvormige verdeling van de materie in zo’n stelsel een stabiliserende invloed heeft op het daarin aanwezige gas. Dit verkleint de kans dat zich lokale verdichtingen in het gas vormen, waaruit nieuwe sterren ontstaan.

Koel gas van buiten

De verre elliptische stelsels blijken inderdaad maar ongeveer 10 procent gas te bevatten. Volgens de astronomen kan dit voldoende zijn geweest om de stervorming zo goed als stil te leggen. Toch is het waarschijnlijk dat de stelsels in de loop van de miljarden jaren nog gas van buitenaf hebben aangetrokken of kleinere, gasrijke sterrenstelsels hebben opgeslokt.

Dat dit niet tot veel nieuwe sterren heeft geleid, kan verschillende oorzaken hebben gehad. De verre stelsels zijn omgeven door een halo van zeer heet gas, die de toestroom van koel gas van buitenaf hindert. Het superzware zwarte gat in het centrum van vrijwel elk sterrenstelsel kan een rol hebben gespeeld. De energierijke deeltjes die uit de omgeving van zo’n kolos worden weggeschoten hebben mogelijk veel koel gas uit het omringende stelsel verdreven.