Starburst Galaxies Hotbeds of Star Formation

Het universum is gevuld met sterrenstelsels, die zelf zijn gevuld met sterren. Op een bepaald punt in zijn leven bruiste elke melkweg van stervorming in enorme wolken waterstofgas. Zelfs vandaag lijken sommige sterrenstelsels meer te hebben dan de gebruikelijke hoeveelheid ster-geboorte-activiteit en astronomen willen weten waarom. Vroeger werden er in sommige sterrenstelsels zoveel sterren geboren dat ze er waarschijnlijk uitzagen als kosmisch vuurwerk. Astronomen noemen deze broeinesten van stergeboorte 'starburst-sterrenstelsels'.

Belangrijkste afhaalrestaurants: Starburst-sterrenstelsels

• Starburst-sterrenstelsels zijn sterrenstelsels waarbij zeer snel sterformatie is opgetreden.
• Bijna alle soorten sterrenstelsels kunnen starburst-evenementen ondergaan als de omstandigheden goed zijn.
• Astronomen weten dat starburst-sterrenstelsels vaak betrokken zijn bij fusies die sterren en gas vermengen. Schokgolven duwen het gas, dat de starburst-activiteit veroorzaakt.

Starburst-sterrenstelsels hebben ongewoon hoge snelheden van stervorming, en die uitbarstingen duren een korte tijd tijdens het lange leven van de melkweg. Dat komt omdat stervorming zeer snel door de gasreserves van de melkweg brandt.

Het is waarschijnlijk dat de plotselinge uitbarsting van stergeboorte wordt veroorzaakt door een specifieke gebeurtenis. In de meeste gevallen is een melkwegfusie voldoende. Dat is wanneer twee of meer sterrenstelsels samenkomen in een lange zwaartekrachtdans en uiteindelijk samensmelten. Tijdens de fusie worden de gassen van alle betrokken sterrenstelsels met elkaar gemengd. De botsing stuurt schokgolven door die gaswolken, die de gassen samenpersen en uitbarstingen van stervorming veroorzaken. 

Eigenschappen van Starburst Galaxies

Starburst-sterrenstelsels zijn geen "nieuw" type sterrenstelsel, maar gewoon een sterrenstelsel (of gemengde sterrenstelsels) in een bepaalde fase van hun evolutie. Toch zijn er enkele eigenschappen die in de meeste starburst-sterrenstelsels worden weergegeven:

• een zeer snelle stervormingssnelheid. Deze sterrenstelsels zullen sterren produceren met snelheden die ver boven de gemiddelde snelheid van de meeste "gewone" sterrenstelsels liggen;
• beschikbaarheid van gas en stof. Sommige sterrenstelsels kunnen hogere snelheden hebben dan normale stervorming, simpelweg vanwege hun grote hoeveelheden gas en stof. Sommige starburst-sterrenstelsels hebben echter niet de reserves om te rechtvaardigen waarom ze zulke hoge stervormingspercentages zouden hebben, dus fusies zijn misschien niet de enige verklaring;
• stervormingssnelheid is niet consistent met de leeftijd van de melkweg. Het belangrijkste punt is dat de huidige snelheid van stervorming niet constant had kunnen zijn sinds de vorming van het sterrenstelsel gezien zijn leeftijd. Een ouder sterrenstelsel zou simpelweg niet genoeg gas overhouden om miljarden jaren sterrenbevolking in stand te houden. In sommige starburst-sterrenstelsels zien astronomen een plotselinge uitbarsting van stergeboorte, en vaak is de verklaring een fusie of toevallige ontmoeting met een ander sterrenstelsel.

Astronomen vergelijken soms ook de snelheid van stervorming in een melkwegstelsel ten opzichte van de rotatieperiode. Als het sterrenstelsel bijvoorbeeld al zijn beschikbare gas tijdens een rotatie van het sterrenstelsel opgebruikt (gezien de hoge stervormingssnelheid), kan het worden beschouwd als een sterrenstelsel. De Melkweg roteert eens in de 220 miljoen jaar; sommige sterrenstelsels gaan veel langzamer, anderen sneller.

Een andere algemeen aanvaarde methode om te zien of een sterrenstelsel een starburst is, is het vergelijken van de stervormingssnelheid met de leeftijd van het universum. Als de huidige snelheid al het beschikbare gas in minder tijd dan 13,7 miljard jaar zou opgebruiken, is het mogelijk dat een bepaald sterrenstelsel zich in een starburst-toestand bevindt. 

Geannoteerd beeld met oogverblindende ooglidachtige kenmerken die barsten van sterren in melkweg IC 2163. Een tsunami van sterren en gas veroorzaakt door een blikseminslag met melkweg NGC 2207 (een gedeelte van de spiraalvormige arm wordt getoond aan de rechterkant van de afbeelding). ALMA-afbeelding van koolmonoxide (oranje), die beweging van het gas in deze kenmerken onthulde, wordt weergegeven bovenop Hubble-afbeelding (blauw) van de Melkweg. M. Kaufman; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); NASA / ESA Hubble-ruimtetelescoop

Soorten Starburst-sterrenstelsels

Starburst-activiteit kan optreden in sterrenstelsels, variërend van spiralen tot onherstelbare voorwerpen. Astronomen die deze objecten bestuderen, classificeren ze in subtypen die hun leeftijd en andere kenmerken helpen beschrijven. Starburst-melkwegtypen zijn onder meer:

• Wolf-Rayet-sterrenstelsels: gedefinieerd door hun verhouding van heldere sterren die in de Wolf-Rayet-classificatie vallen. Dit soort sterrenstelsels hebben gebieden met een hoge stellaire wind, aangedreven door de Wolf-Rayet-sterren. Die sterrenmonsters zijn ongelooflijk massief en lichtgevend en hebben een zeer hoog percentage massaverlies. De winden die ze produceren kunnen botsen met gasgebieden en zorgen voor snelle stervorming.
• Blauwe compacte sterrenstelsels: sterrenstelsels met een lage massa waarvan ooit werd gedacht dat ze jonge sterrenstelsels waren, die net sterren begonnen te vormen. Ze bevatten echter meestal populaties van zeer oude sterren. Dat is meestal een goede aanwijzing dat het heelal behoorlijk oud is. Astronomen vermoeden nu dat blauwe compacte sterrenstelsels eigenlijk het resultaat zijn van fusies tussen sterrenstelsels van verschillende leeftijden. Zodra ze tegen elkaar botsen, neemt de starburst-activiteit toe en verlicht de sterrenstelsels.
• Lichtgevende infraroodstelsels: vage, verborgen sterrenstelsels die moeilijk te bestuderen zijn omdat ze veel stof bevatten die observatie kan verdoezelen. Doorgaans wordt infraroodstraling gedetecteerd door telescopen gebruikt om het stof binnen te dringen. Dat geeft aanwijzingen voor verhoogde stervorming. Sommige van deze objecten bleken meerdere superzware zwarte gaten te bevatten, die stervorming kunnen afsluiten. De toename van stergeboorte in dergelijke sterrenstelsels moet het gevolg zijn van een recente fusie van sterrenstelsels.

Oorzaak van verhoogde sterformatie

Hoewel de fusie van sterrenstelsels wordt aangeduid als de belangrijkste oorzaak van stergeboorte in deze sterrenstelsels, zijn de exacte processen niet goed begrepen. Gedeeltelijk is dit te wijten aan het feit dat starburst-sterrenstelsels in vele soorten en maten voorkomen, dus er kan meer dan één aandoening zijn die tot verhoogde stervorming leidt. Om een ​​starburst-sterrenstelsel zelfs te vormen, moet er echter veel gas beschikbaar zijn om de nieuwe sterren te genereren. Ook moet iets het gas verstoren, om te beginnen met het gravitatie-instortingsproces dat leidt tot het creëren van nieuwe objecten. Die twee vereisten brachten astronomen ertoe om melkwegfusies en schokgolven te vermoeden als twee processen die kunnen leiden tot starburst-sterrenstelsels. 

Centaurus Een sterrenstelsel heeft een enorm zwart gat in het hart dat actief materiaal opslokt. De acties van dergelijke actieve galactische kernen kunnen een rol spelen in starbursts in sterrenstelsels.  ESO / WFI (optisch); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Submillimeterstraling); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (X-ray)

Twee andere mogelijkheden voor de oorzaak van starburst-sterrenstelsels zijn:

• Actieve Galactische Kernen (AGN): Vrijwel alle sterrenstelsels bevatten een superzwaar zwart gat in hun kern. Sommige sterrenstelsels lijken in een staat van hoge activiteit te zijn, waarbij het centrale zwarte gat enorme hoeveelheden energie uitstoot. Er is veel bewijs dat aantoont dat de aanwezigheid van zo'n zwart gat de vorming van stervorming kan temperen. In het geval van deze zogenaamde actieve galactische kernen kunnen ze echter, onder de juiste omstandigheden, snelle stervorming veroorzaken, omdat de aangroei van materie in een schijf en de uiteindelijke uitstoot ervan uit het zwarte gat schokgolven kunnen veroorzaken die stervorming.
• Hoge supernova-tarieven: Supernovae zijn gewelddadige gebeurtenissen. Als de snelheid van explosies toeneemt door de aanwezigheid van een zeer groot aantal verouderende sterren in een compact gebied, kunnen de resulterende schokgolven een snelle toename van de stervorming beginnen. Dit zou echter een dergelijke gebeurtenis moeten zijn die ideaal zou zijn; meer dan in de andere mogelijkheden die hier worden vermeld.

Een supernova kan wolken van nabijgelegen gas rondduwen rond beperkte hoeveelheden sterbevalling. Deze supernova wordt weergegeven in een Hubble Space Telescope-weergave van het overblijfsel van de supernova van de krabnevel. NASA / ESA / STScI

Starburst-sterrenstelsels blijven een actief onderzoeksgebied van astronomen. Hoe meer ze vinden, hoe beter wetenschappers de feitelijke omstandigheden kunnen beschrijven die leiden tot de heldere uitbarstingen van stervorming die deze sterrenstelsels bevolken.