Anderhalf miljard jaar geleden kwamen de nabije sterrenstelsels M82 en M81 met elkaar in botsing, waardoor in M82 een uitbarsting van stervorming optrad. Utrechtse astronomen en hun collega uit Cambridge ontdekten in die 'starburst' een verschijnsel waar lang naar gezocht is: sterclusters halverwege hun evolutie van jong naar bejaard.
Prof. Henny Lamers: 'Er is al veel gezocht naar zo'n tussenvorm, maar tot nu toe tevergeefs. Het feit dat wij die nu wel gevonden hebben, is een bewijs dat de vorming van sterhopen tegenwoordig op dezelfde manier verloopt als vroeger.'
Sterren ontstaan meestal in grote clusters, uit een gaswolk die onder z'n eigen zwaartekracht samentrekt. In en om ons eigen Melkwegstelsel zijn duizenden van die sterclusters bekend, en ook de populaties sterclusters rond diverse nabije sterrenstelsels zijn in kaart gebracht. Omdat alle sterren in een cluster - die 1000 tot 1 miljoen exemplaren omvat - tegelijk worden geboren is de leeftijd vrij nauwkeurig te bepalen. De oudste exemplaren rond ons eigen Melkwegstelsel - de bolvormige sterrenhopen - zijn 12 miljard jaar oud, ouder dan de Melkweg in z'n huidige spiraalvorm.
Na hun ontstaan evolueren sterclusters. De zwaarste sterren branden het snelst op en stoten het grootste deel van hun materie af in een supernova-explosie, zodat de resterende sterren in een cluster gemiddeld steeds lichter worden. Clusters die weinig sterren bevatten en als geheel relatief licht zijn, vallen in de loop der tijd uit elkaar, onder meer door de verstorende zwaartekrachts-invloeden van grote gaswolken die voorbij komen. Oude clusters zijn dus gemiddeld juist zwaarder, omdat hun lichte soortgenoten al uit elkaar gevallen zijn.
Het blijkt dat sommige sterrenstelsels episodes doormaken waarin stervorming in een sterk verhoogd tempo plaatsvindt, een zogeheten 'starburst'. Zo'n episode is ook terug te vinden in de leeftijden van sterclusters: een hele populatie van clusters in een bepaald sterrenstelsel blijkt dan even oud te zijn.
Tot voor kort deed zich hier een curieus probleem voor: er werden wel jonge, nog niet geëvolueerde populaties sterclusters gevonden en ook 'bejaarde', ver geëvolueerde populaties, maar geen clusters halverwege dat traject. Het onbreken van zulke tussenstadia verleende geloofwaardigheid aan de theorie dat sterclusters in het vroege heelal op een fundamenteel andere manier ontstonden dan tegenwoordig. Maar omdat de vorming van clusters nauw samenhangt met de vorming van sterren en sterrenstelsels überhaupt, riep dat ook twijfels op over deze processen, die fundamenteel zijn voor de evolutie van het heelal als geheel.
Henny Lamers, Nate Bastian en Richard de Grijs hebben nu met behulp van waarnemingen door de Hubble ruimtetelescoop in het nabije sterrenstelsel M82 de 'missing link' gevonden: een populatie van bijna 150 sterclusters van ongeveer 1,5 miljard jaar oud, die halverwege z'n evolutie van jong naar oud verkeert.
M82 is het dichtstbijzijnde starburst-sterrenstelsel, op 11 miljoen lichtjaar, dichtbij genoeg om met de Hubble vrij gemakkelijk vele sterclusters te identificeren. De starburst is veroorzaakt door een botsing van M82 met z'n naaste buur M81. Bij zo'n ontmoeting bewegen de sterren van de beide sterrenstelsels tussen elkaar door zonder elkaar te raken, maar de gaswolken tussen de sterren botsen wel, met explosies van stervorming tot gevolg.
De missing links zijn waarschijnlijk door een samenloop van omstandigheden zeldzaam: in onze Melkweg is al miljarden jaren geen starburst meer voorgekomen, en in het handjevol starburst-sterrenstelsels dat voldoende dichtbij staat om er individuele clusters in te onderscheiden, zijn de populaties nog niet voldoende ver geëvolueerd. De opmerkelijke uitzondering is M82, waar de cluster-evolutie duidelijk sneller verloopt dan in de Melkweg of naburige sterrenstelsels. 'Het uit elkaar vallen van clusters verloopt in M82 veel sneller dan hier', aldus Lamers. 'Waarschijnlijk is ook dat een nasleep van de botsing met M81: er is meer 'storing' door de inhomogene verdeling van gaswolken in het sterrenstelsel.'
Het onderzoeksteam bestaat uit:
Richard de Grijs, Institute of Astronomy, University of Cambridge, Groot-Brittannië
Henny Lamers en Nate Bastian, Astronomisch Instituut, Universiteit Utrecht
Het desbetreffende artikel is gepubliceerd in The Astrophysical Journal (Letters) van 20 januari 2003
Contact:
prof. H.J.G.L.M. Lamers
H.J.G.L.M.Lamers@astro.uu.nl