Nauwelijks stervormend gas in vroege zware sterrenstelsels

Massieve sterrenstelsels in het vroege heelal zouden grote hoeveelheden koud moleculair gas moeten bevatten. Dit is de brandstof die nodig is om sterren te maken. Maar nieuwe waarnemingen van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en de Hubble Space Telescope laten zien dat deze sterrenstelsels in het begin extreem weinig stof hadden en bij benadering heel weinig moleculair gas. De implicatie is dat de vroege sterrenstelsels de stervorming stopten omdat hun reservoir van moleculair gas snel werd uitgeput of verwijderd,

de sterrenstelselcluster MACSJ 0138 is
Deze compositieopname van de sterrenstelselcluster MACSJ 0138 is samengesteld uit data van ALMA en Hubble. ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / S. Dagnello, NRAO / STScI / Whitaker et al.

De zwaarste sterrenstelsels in het heelal leefden snel en krachtig en ze maakten hun sterren in een enorm korte tijd. Gas, de brandstof voor stervorming, zou in de begindagen van het heelal overvloedig aanwezig moeten zijn.

De onderzoekers geloofden dat deze uitgedoofde sterrenstelsels slechts een paar miljard jaar na de oerknal op de rem trapten. In hun nieuwe onderzoek concluderen ze dat vroege sterrenstelsels niet echt op de rem stonden maar dat ze eerder leeg liepen.

Met behulp van ALMA en Hubble bestudeerden Dr. Whitaker en haar collega’s zes sterrenstelsels: MRG-M134115, MRG-M013816, MRG-M212917, MRG-M015016, MRG-M045418 en MRG-M142318.

Het onderzoek maakte deel uit van het Resolving QUIEscent Magnified (REQUIEM) sterrenstelselonderzoek dat extreem zware clusters van voorgrondsterrenstelsels als natuurlijke telescopen gebruikt.

De waarnemingen onthulden de continue emissie van de doelstelsels – een stofspoor – op millimetergolflengtes waardoor de onderzoekers de hoeveelheid gas in de sterrenstelsels konden afleiden.

Het team ontdekte dat de stopzetting van de stervorming in deze sterrenstelsels niet werd veroorzaakt door een plotselinge inefficiëntie bij de omzetting van koud gas in sterren. In plaats daarvan was het resultaat van de uitputting of verwijdering van de gasvoorraden in de sterrenstelsels.

De onderzoekers begrijpen nog niet waarom dit gebeurt maar mogelijke verklaringen zouden kunnen zijn dat ofwel de primaire gastoevoer die het sterrenstelsel van brandstof voorziet wordt afgesneden of dat een superzwaar zwart gat misschien energie injecteert die het gas in het sterrenstelsel heet houdt. In wezen betekent dit dat de sterrenstelsels de brandstoftank niet kunnen bijvullen en dus niet in staat zijn om de motor opnieuw te starten bij sterproductie.

Hoewel de astronomen nu weten dat deze sterrenstelsels leeg blijven lopen en dat iets hen ervan weerhoudt de tank opnieuw te vullen en nieuwe sterren te vormen vertegenwoordigt de studie slechts de eerste in een reeks onderzoeken naar wat vroege zware sterrenstelsels deed gaan, of niet.

Volgens Dr. Whitaker moeten we nog heel vele leren over waarom de meest zware sterrenstelsels zo vroeg in het heelal zijn ontstaan en waarom ze hun stervorming stopten toen er zoveel koud gas voor hen beschikbaar was.

Het enkele feit dat deze enorme beesten van de kosmos binnen ongeveer een miljard jaar 100 miljard sterren hebben gemaakt en vervolgens hun stervorming plotseling stopten is een mysterie dat men graag wil oplossen. REQUIEM heeft alvast de eerste aanwijzingen gegeven.

De resultaten van het team worden in Nature gepubliceerd.

Artikel: K.E. Whitaker et al. 2021. Quenching of star formation from a lack of inflowing gas to galaxies. Nature 597, 485-488

Eerste publicatie: 23 september 2021
Bron: Sci-News & anderen