Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Zwarte gaten remmen groei sterrenstelsels

Sterrenstelsels groeien omdat hun zwaartekracht vers gas van buiten aantrekt. Om dat proces te kunnen begrijpen kroop sterrenkundige Freeke van de Voort achter de computer en simuleerde het. Ze ontdekte dat zwarte gaten het opslokken van vers gas sterk vermindert. Promotie op 28 maart.

Een halo uit het model van Van de Voort. Deze bol van materie met in het midden een sterrenstelsel ontstaat in de filament-achtige structuur van het heelal (linksboven). Licht doet er ruim 3 miljoen jaar over om een Mpc (megaparsec = 3.260.000 lichtjaar) af te leggen.

Sterrenstelsels zijn steeds in ontwikkeling

Sterrenstelsels zijn niet enkel een statische verzameling van miljarden sterren, maar zijn continu in ontwikkeling. Zo trekt de zwaartekracht van het sterrenstelsel gas van buiten aan. Uit dat materiaal ontstaan nieuwe sterren; deze laten het stelsel groeien.

Halo’s van donkere materie 

Maar het invallende gas heeft geen vrije doorgang. Het komt onderweg een zogenoemde halo tegen. Dit is een grote verzameling van zichtbaar gas en donkere materie die als een mantel om het stelsel heen liggen. De interactie met de halo is cruciaal voor de groei van het sterrenstelsel. Van de Voort deed samen met collega’s 50 verschillende simulaties van dit proces.

Uitdaging van het modelleren

Het modelleren van een sterrenstelsel met halo stelt wetenschappers doorgaans voor uitdagingen. Zo kan er gemakkelijk te veel materie in de digitale sterrenstelsels vallen. Daardoor groeien ze razendsnel en komt het model niet meer overeen met wat we zien. In werkelijkheid is er namelijk een stroom van materie naar buiten. Deze wordt veroorzaakt door exploderende sterren en de sterke straling uit de omgeving van zwarte gaten.

De massaverdeling (rood) van een halo die volgt uit een berekening. Links is de hele halo zichtbaar, rechts is het centrale sterrenstelsel in beeld.

Deze kracht, ook wel feedback genoemd, moet dus ook in het model worden gestopt en dat doen sterrenkundigen dan ook al jaren.

Lichtere stelsels door feedback

‘Maar waar ze tot nu toe nauwelijks rekening mee hielden was dat deze kracht niet alleen materie naar buiten slingert, maar dat het de invallende materie ook sterk remt’, zegt Van de Voort. ‘Het blijkt dat dit ervoor zorgt dat sterrenstelsels relatief veel minder hard groeien dan de halo’s zelf. In onze modellen met feedback werden de stelsels tot wel tien keer lichter dan in de modellen zonder feedback.’

Afname van vormingssnelheid

Naast lichtere sterrenstelsels vond Van de Voort ook een verklaring voor het feit dat de stervormingssnelheid in het heelal drie miljard jaar na de oerknal sterk begon af te nemen. De feedback zorgt er namelijk voor dat alleen gas met een hoge snelheid de sterrenstelsels kan bereiken. Bij een te lage snelheid voorkomt de feedback dat het gas deel gaat uitmaken van het sterrenstelsel.

Werkt het echt?

Heel mooi zo’n model, maar werkt het zo ook echt? ‘We zien zeker aanwijzingen in de waarnemingen’, zegt Van de Voort. ‘In absorptiespectra van gebieden rondom sterrenstelsels vinden we namelijk vooral koud gas, zoals het model voorspelt. Maar het mooiste zou zijn als we dit proces ook direct, door het uitzenden van straling, zouden kunnen zien. Dat is vooralsnog niet gelukt, maar met bijvoorbeeld een verbetering van de Very Large Telescope in Chili moet dat binnen enkele jaren prima kunnen.’

Promotie

Freeke van de Voort 
Titel: The growth of galaxies and their gaseous haloes 
Datum: Woensdag 28 maart 2012, 16.15 u 
Plaats: Academiegebouw, Rapenburg 73

Links

• Dossier Sterrenkunde 
• Onderzoeksgebied Fundamentals of Science