In het centrum van sterrenstelsels bevinden zich vaak grote ophopingen van gas. Uiteenlopende fysische en chemische processen bepalen de eigenschappen van dit gas. De Leidse astronoom Rowin Meijerink heeft voor het eerst deze eigenschappen in detail onderzocht. Hiermee is het mogelijk uit astronomische metingen af te leiden wat er in de kern van een sterrenstelsel gebeurt.
Het zichtbare deel van een sterrenstelsel bestaat uit stof, gas link:link|24|intern}}en sterren. Wanneer in het centrum van een stelsel veel gas voorkomt, is het mogelijk dat in betrekkelijk korte tijd grote aantallen sterren worden gevormd. De zwaarste sterren hebben een massa die tot honderd maal groter is dan die van onze zon. Het is echter ook mogelijk dat veel van het gas door een massief zwart gat in het centrum van het stelsel wordt opgeslokt. Zowel pasgevormde zware sterren als de groeischijf rond een massief zwart gat fungeren als een soort centrale verwarming dat het gas in het centrum van een sterrenstelsel opwarmt. Deze galactische ‘radiatoren’ produceren echter verschillende soorten energie. Zware sterren zenden ultraviolet licht uit en zwarte gaten produceren vooral veel röntgenstraling. Dit beïnvloedt de temperatuur en de chemische samenstelling van gaswolken op een verschillende manier.
In het proefschrift waarop Rowin Meijerink op 8 november a.s. promoveert aan de Universiteit Leiden beschrijft hij hoe de eigenschappen van het gas veranderen en hoe dit in astronomische waarnemingen te herkennen is.
Ultraviolet licht wordt vrij snel geabsorbeerd door stofdeeltjes die zich in een gaswolk bevinden en beïnvloedt hierdoor vooral de buitenkant van de wolk. De veranderingen in de chemische samenstelling van het gas zijn dan abrupt en de wolk heeft een sterk gelaagde structuur met duidelijke overgangen van atomair naar moleculair waterstof, en van geïoniseerd koolstof via neutraal koolstof naar koolmonoxide. Röntgenstraling daarentegen wordt veel moeilijker geabsorbeerd en dringt daardoor veel dieper de gaswolk binnen. De straling van een zwart gat zal dus niet alleen het oppervlak van de wolk maar het hele gasvolume beïnvloeden. Het gevolg is dat in dit geval geen duidelijke gelaagdheid te vinden is, en dat zowel atomen als moleculen gelijktijdig voorkomen. Meijerink: “Deze verschillen zijn in observaties duidelijk terug te zien, maar je moet wel weten welke atomen en moleculen je moet gebruiken”.
Zowel de sterkte als de intensiteitsverhoudingen van de straling van atomen (bijv. zuurstof) en moleculen (bijv. koolmonoxide) hangen af van de condities in de kern van een sterrenstelsel. Die straling is met grote radiotelescopen op aarde te meten. Meijerink heeft samen met copromotor Marco Spaans (Universiteit Groningen) en promotor Frank Israel (Universiteit Leiden) met computermodellen die waarneembare straling gesimuleerd. Uit deze simulaties blijkt dat vooral het vergelijken van de straling van waterstofcyanide (HCN), koolmonoxide (CO) en geprotoneerd koolmonoxide (HCO+) zeer bruikbaar zijn in de bestudering van de gaseigenschappen in de kern van een sterrenstelsel. Deze moleculen laten duidelijke veranderingen zien als gevolg van de verschillende soorten straling en zijn daarom ideaal om de lokale omstandigheden te bepalen.
De simluaties maken duidelijk dat de samenstelling van het relatief ijle gas grotendeels worden bepaald door de röntgenstraling van een zwart gat en dat de eigenschappen van het koelere, relatief dichte gas worden gedomineerd door het ultraviolette licht, uitgezonden door pasgevormde zware sterren ronde de kern van een sterrenstelsel.
“Mijn onderzoek zorgde ook voor een leuke verrassing”, vertelt Meijerink. “Het is bekend dat in het centrum van het zeer bekende sterrenstelsel NGC1068 een massief zwart gat zit en tot nu toe werd aangenomen dat dit de belangrijkste energiebron was. Uit de toepassing van mijn modellen op recente metingen van dit stelsel blijkt echter dat er ook veel verborgen stervorming moet plaatsvinden. Dus in feite een soort centrale verwarming met een hoogrendementsketel.”
'Galactische radiatoren’ bepalen eigenschappen van sterrenstelsels
