Samen met collega's van het European Southern Observatory (ESO) in Munchen onderzocht de Utrechtse promovendus de helderste sterrenhoop in het melkwegstelsel NGC7252 op een afstand van 200 miljoen lichtjaar. Dit melkwegstelsel ontstond uit een enorme botsing van twee melkwegstelsels ruim 500 miljoen jaar geleden. Bij die botsing zijn ook een paar superheldere sterrenhopen gevormd. Uit metingen met de Hubble Ruimte Telescoop was eerder afgeleid dat sterrenhoop W3 ongeveer 100 miljoen maal zo helder is als de zon. Maar het gewicht van de sterrenhoop was onzeker.
Bastian en collega's hebben de sterrenhoop onderzocht met een hoge resolutie spectrograaf van de Very Large Telescope (VLT) van de ESO op de top van de berg Paranal in Chili. Uit de breedte van de spectraallijnen konden zij de snelheid van de sterren meten en daaruit bepalen hoeveel massa de sterrenhoop bevat. Dat blijkt 80 miljoen maal de massa van de zon te zijn. (De zon is een miljoen maal zwaarder dan de aarde.) Ter vergelijking: de zwaarste sterrenhoop in ons eigen melkwegstelsel, Omega Centauri, bevat slechts 5 procent van de massa van sterrenhoop W3.
Met de ontdekking van de zeer heldere sterrenhoop W3 vervaagde de scheiding tussen sterrenhopen en melkwegstelsels. Hoewel W3 met zijn doorsnee van 60 lichtjaar veel lijkt op een sterrenhoop, heeft hij dezelfde massa als een klein melkwegstelsel. Dus rees de vraag of W3 een reuzensterrenhoop is of een dwergmelkwegstelsel dat is opgeslokt door het grotere melkwegstelsel NGC7252.
De nieuwe massabepaling heeft nu duidelijk aangetoond dat W3 een sterrenhoop is en geen melkwegsstelsel, omdat W3 in tegenstelling tot melkwegstelsels geen donkere materie blijkt te bevatten. Als W3 wel donkere materie had, zou hij veel zwaarder zijn. Donkere materie zendt geen licht uit maar heeft wel veel massa. In melkwegstelsels bestaat de massa voor 90 procent uit donkere materie.
De vorming van sterrenhoop W3 viel samen met het samensmelten van twee enorme gas-rijke spiraalstelsels die samen NGC7252 vormden. Dit suggereert dat bij een samensmelten van twee melkwegstelsels reusachtige sterrenhopen kunnen ontstaan. Om dit te onderzoeken hebben Bastian en collega's daarna naar meer superzware sterrenhopen gezocht in andere melkwegstelsels. Na 35 uur waarneemtijd met de VLT vonden zij nog twee superzware sterrenhopen in samensmeltende melkwegstelsels. Zulke superhopen lijken dus alleen te ontstaan als melkwegstelsels botsen.
Bijna driekwart sterrenhopen sterft wiegendood
Bastian heeft ook gekeken naar gebieden waar jonge sterrenhopen in samensmeltende en botsende melkwegstelsels ontstaan, zoals M51, M82 en NGC 6872 en in de getijdearmen van die stelsels. Door de massa en leeftijd van sterrenhopen in die melkwegstelsels te bepalen kon hij een beeld krijgen van de evolutie van deze sterrenhopen.
Het blijkt dat de vorming van sterrenhopen in samensmeltende en botsende gebieden wel zo?n factor veertig sneller verloopt vergeleken met normale formatiesnelheden. De drijvende kracht achter deze vorming van sterrenhopen is de zwaartekracht. Echter door supernova-explosies worden grote hoeveelheden gas en stof uit jonge sterrenhopen weggeblazen waardoor de invloed van het zwaartekrachtveld sterk afneemt en de sterrenhoop uit elkaar valt. Het blijkt dat minstens 70% van de jonge sterrenhopen in hun eerste tienmiljoenjarig bestaan uiteenvallen. Dit effect wordt de wiegendood genoemd. De sterrenhopen die overleven, evolueren langzaam verder en zien er uiteindelijk hetzelfde uit als de oude bolvormige sterrenhopen in onze eigen Melkweg. Dit suggereert dat jonge zware sterrenhopen en oude bolvormige sterrenhopen ontstaan volgens hetzelfde mechanisme.
De echt heel zware sterrenhopen ontstaan in de getijdearmen van samensmeltende melkwegstelsels. Daar worden veel meer sterrenhopen gevormd, wat verklaard kan worden door de grotere dichtheid van de gas- en stofwolken in deze gebieden. De ontstane zware sterrenhopen in de getijdearmen dragen bij aan de populatie van sterrenhopen tussen de sterrenstelsels. De eigenschappen van deze zware sterrenhopen lijken heel erg op de eigenschappen van de zogenaamde ultracompacte dwergstelsels. Deze zeer oude dwergstelsels zijn ontdekt in Fornax, een cluster van vele melkwegstelsels. De waarnemingen van Bastian suggereren dan ook dat die ultracompacte dwergstelsels indertijd gevormd zijn in de getijdearmen van oeroude samengesmolten melkwegstelsels.
Dankzij de gevoeligheid en diversiteit van nieuwe instrumenten op telescopen van de 8-meterklasse, zoals die van de VLT op de ESO sterrenwacht in Chili, kunnen ongekende inzichten in de complexe formatie van sterren en sterrenhopen worden geboden. Het onderzoek staat dan ook nog in de kinderschoenen. Nathan Bastian wil zich dan ook niet aan de illusie onttrekken dat hij met zijn promotieonderzoek slechts het topje van de ijsberg heeft bestudeerd.
Opm:
De aanduiding W3 slaat op de derde sterrenhoop in de catalogus van de Zweedse astronoom Westerlund.
Promotie:
Donderdag 21 april 2005 om 12.45 uur Academiegebouw, Universiteit Utrecht
Titel proefschrift:
Studies on the Formation, Evolution, and Destruction of Massive Star Clusters door Drs Nathan John Bastian
Promotor:
Prof. Dr Henny J.G.L.M. Lamers,
Sterrrenkundig Instituut Universiteit Utrecht
Co-Promotor:
Dr Markus Kissler-Patig,
European Southern Observatory
Nadere informatie:
Drs Nathan J. Bastian
tel: 030- 253 5235
bastian@astro.uu.nl
Prof. Henny Lamers
Sterrenkundig Instituut Utrecht
tel: 030-2535222
of 030-2292983
lamers@astro.uu.nl
M82 Credit: FOCAS, Subaru 8.3-m Telescope, NAOJ FOCAS, Subaru 8.3-m Telescope, NAOJ
NGC 6872 Credit: FORS Team, 8.2-meter VLT Antu, FORS Team, 8.2-meter VLT Antu,
M51: Het draaikolk sterrenstelsel Credit: W. Keel (U. Alabama), 1.1-meter Hall Telescope, Lowell Observatory W. Keel (U. Alabama), 1.1-meter Hall Telescope, Lowell Observatory