Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste ruimtes in het universum en bevatten honderden of zelfs duizenden sterrenstelsels. In de dichte en onherbergzame omgeving van deze clusters werken sterrenstelsels actief samen, en dit kan de vorming van sterren beëindigen of vertragen. Astronomen willen weten waarom.
Melkwegstelsels sterven in de meest extreme uithoeken van het universum. Hun stervorming stopt, en astronomen willen weten waarom.
Dat hopen de deelnemers aan een groot project onder leiding van de Canadezen. Bij hun werk zullen ze een van de modernste telescopen gebruiken. Het nieuwe programma heet VERTICO en heeft tot doel in detail te bestuderen hoe de omgeving zijn sterrenstelsels doodt.
Als wetenschappelijk directeur van dit programma leid ik een team van 30 specialisten die, met behulp van het Large Atacam Millimeter Complex (ALMA), moleculaire waterstof met hoge resolutie in gasvormige toestand vastleggen in 51 sterrenstelsels van de dichtstbijzijnde cluster van sterrenstelsels, de Virgo Cluster.
Het Atacama-complex van $ 1,4 miljard werd in 2013 in gebruik genomen. Het is een antenne-array van verschillende onderling verbonden radiotelescopen die op een hoogte van 5.000 meter in de Atacama-woestijn in het noorden van Chili zijn geïnstalleerd. Het is het resultaat van internationale partnerschappen tussen Europa, de VS, Canada, Japan, Zuid-Korea, Taiwan en Chili. Als het grootste astronomische project op de grond dat momenteel in werking is, is ALMA het meest geavanceerde millimetergolftelescoopcomplex. Het is ideaal voor het bestuderen van clusters van dicht, koud gas waaruit nieuwe sterren ontstaan, omdat dit gas niet zichtbaar is in het zichtbare deel van het spectrum.
De ambitieuze onderzoeksprogramma's van ALMA, zoals VERTICO, zijn ontworpen om strategische wetenschappelijke problemen aan te pakken die leiden tot grote vooruitgang en doorbraken in het veld.
Clusters van sterrenstelsels
Promotie video:
De manier waarop sterrenstelsels in het universum leven, hoe ze omgaan met hun intergalactische omgeving en met elkaar, heeft een grote invloed op hun vermogen om sterren te vormen. Maar de vraag hoe deze intergalactische ruimte het leven en de dood van sterrenstelsels precies bepaalt, blijft onbeantwoord.
Clusters van sterrenstelsels zijn de meest massieve en grootste ruimtes in het universum en bevatten honderden of zelfs duizenden sterrenstelsels. Waar massa is, is er zwaartekracht. En de kolossale zwaartekrachten die in de clusters aanwezig zijn, versnellen sterrenstelsels tot enorme snelheden, vaak duizenden kilometers per seconde, en verhitten ook het plasma in de intergalactische ruimte tot zulke hoge temperaturen dat het röntgenstralen begint uit te zenden.
In de dichte en onherbergzame omgeving van deze clusters hebben sterrenstelsels actief interactie met hun omgeving en met elkaar. Deze interactie kan stervorming beëindigen of vertragen.
Begrijpen welke koelmechanismen de vorming van sterren stoppen en hoe ze dat doen, is de belangrijkste taak van de deelnemers aan het gezamenlijke VERTICO-programma.
Levenscyclus van sterrenstelsels
Wanneer sterrenstelsels in hun clusters instorten, kan intergalactisch plasma hun gas snel verwijderen in een gewelddadige reactie die getijdenstripping wordt genoemd. Wanneer de stervormende brandstof wordt verwijderd, doodt het in wezen de melkweg en verandert het in een dood object waarin geen sterren meer worden gevormd.
Bovendien kan de hoge temperatuur van de clusters de afkoeling van hete gassen en hun verdikking stoppen, op basis waarvan sterrenstelsels ontstaan. In dit geval wordt het gas in de melkweg niet actief verwijderd door de omgeving, maar wordt het geconsumeerd als sterren worden gevormd. Dit proces leidt tot een langzame maar onverbiddelijke stopzetting van de stervorming. Deze beëindiging heeft een nogal vreemde en pijnlijke naam: uitputting of verstikking.
Deze processen kunnen op verschillende manieren verlopen, maar elk van hen laat een uniek en identificeerbaar spoor achter in het gas dat de sterren van de melkweg vormt. Een van de belangrijkste taken van het VERTICO-programma is om deze sporen samen te voegen en een beeld te vormen van hoe clusters veranderingen in sterrenstelsels veroorzaken. Op basis van de resultaten van vele jaren werk aan de studie van galactische evolutie en de invloed van de intergalactische omgeving erop, willen we nieuwe, zeer belangrijke raadsels oplossen.
Ideaal onderwerp van onderzoek
De Virgo Cluster is een ideale locatie voor zo'n gedetailleerde verkenning van de ruimte. Dit is de dichtstbijzijnde grote cluster van melkwegstelsels en bevindt zich in het proces van vorming. Dit betekent dat we een statisch beeld kunnen krijgen van sterrenstelsels in verschillende stadia van hun levenscyclus. Dit stelt ons in staat om een gedetailleerd beeld te krijgen van hoe stervorming wordt onderbroken in sterrenstelsels.
Sterrenstelsels in de Virgo Cluster worden waargenomen op bijna alle golflengten van het elektromagnetische spectrum (bijvoorbeeld radiogolven, optische golven, ultraviolet licht). Maar we kunnen het stervormingsgas (het wordt uitgevoerd in het millimeterbereik) nog niet met de vereiste nauwkeurigheid en resolutie waarnemen. VERTICO, als een van de grootste ALMA galactische exploratieprogramma's, zal hoge resolutie kaarten produceren van moleculair waterstofgas (brandstof voor stervorming) voor 51 sterrenstelsels.
Nu we gegevens hebben verkregen van dit grote aantal sterrenstelsels in het Atakam-complex, kunnen we precies begrijpen welk koelmechanisme - getijdenstripping of uitputting - sterrenstelsels in extreme omgevingen doodt en hoe.
Door stervormingsgas in sterrenstelsels in kaart te brengen, die onweerlegbare voorbeelden zijn van omgevingskoeling, zullen VERTICO-leden ons begrip vergroten van hoe sterrenstelsels ontstaan en zich ontwikkelen in deze meest verzadigde gebieden van het universum.
Toby Brown