Waterdamp verraadt hoe sterren ontstaan rond zwart gat in vroege heelal

Waterdamp verraadt hoe sterren ontstaan rond zwart gat in vroege heelalClick here for a high res image. Klik hier voor een hoge resolutie foto.

 

Een internationaal team onder leiding van de Leidse sterrenkundige Paul van der Werf heeft ontdekt dat zich rond een zwart gat in het jonge heelal een ondoorzichtige schijf van gas en stof bevindt waarin in hoog tempo jonge sterren ontstaan. Het team deed de onverwachte ontdekking bij een succesvolle zoektocht naar water in het vroege heelal. Tot verbazing van de onderzoekers blijkt de waargenomen waterdamp rond het zwarte gat zich te bevinden in een schijf met een dichtheid die zo hoog is dat straling er nauwelijks uit kan ontsnappen.

Het team deed de ontdekking met de gevoelige radiotelescopen van IRAM (Institut de Radioastronomie Millimétrique) op het Plateau de Bure in de Franse Alpen. Deze telescopen werden gebruikt om waterdamp te zoeken in een quasar, een sterrenstelsel in het vroege heelal dat zijn helderheid ontleent aan de groei van een zwart gat dat honderden miljoenen malen zwaarder is dan de zon. Teamleider Paul van der Werf legt uit: "Water in kosmische wolken is normaal bevroren tot ijs, maar dit ijs kan verdampen door de sterke straling van de quasar of van jonge sterren. Daarom besloten wij in dit object te zoeken naar waterdamp. Doordat de quasar zo ver weg staat kijken we terug in de tijd, naar een periode dat het heelal nog maar 10% van zijn huidige leeftijd had bereikt."

De grote verrassing was echter niet de gevonden hoeveelheid waterdamp (1000 biljoen maal de hoeveelheid water op aarde) maar de ontdekking van een ondoorzichtige schijf waarin de waterdamp zich bevindt en waarin in snel tempo jonge sterren onstaan. De dichtheid van die schijf is zo hoog dat straling er bijna niet uit kan ontsnappen. Teamlid Marco Spaans (Groningen) licht toe: "Watermoleculen zijn gevoelig voor infraroodstraling, en we konden de gevonden waterdamp dus gebruiken als een kosmische infrarood lichtmeter. Op deze manier vonden we dat nagenoeg alle straling in de gasschijf rond het zwarte gat is opgesloten. De opgesloten straling is zelfs zo intens dat een enorme druk wordt opgbouwd, waardoor de aanwezige gas- en stofwolken kunnen worden weggeblazen."

Deze conclusie werpt een verrassend nieuw licht op het verband tussen zwarte gaten en de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden. Teamlid Alicia Berciano Alba (ASTRON): "Er bestaat een raadselachtig verband tussen de massa van zwarte gaten in kernen van sterrenstelsels en de sterrenstelsels zelf, alsof de vorming van beide door hetzelfde proces wordt gereguleerd. Onze resultaten laten zien dat dit soort gasschijven, die uiteindelijk door de intense druk van de opgesloten straling worden weggeblazen, hierbij waarschijnlijk een hoofdrol spelen." IRAM directeur Pierre Cox, co-auteur van het artikel, voegt toe: "Deze ontdekking opent nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van sterrenstelsels in het vroege heelal, met behulp van watermoleculen waarmee de directe omgeving van het zwarte gat bestudeerd kan worden, wat met andere middelen veel moeilijker is".

Het team zoekt nu naar waterdamp in andere objecten in het vroege heelal. Een publicatie over het onderzoek verschijnt binnenkort in Astrophysical Journal Letters.



Voor de redactie

Contactinformatie:

Paul van der Werf
Sterrewacht Leiden
Universiteit Leiden
pvdwerf [at] strw [dot] leidenuniv [dot] nl
Telefoon: (+31) 71 5275883

Alicia Berciano Alba
ASTRON
Dwingeloo
berciano [at] astron [dot] nl
Telefoon: (+31) 521 595775

Marco Spaans
Kapteyn Instituut
Rijksuniversiteit Groningen
spaans [at] astro [dot] rug [dot] nl
Telefoon: (+31) 50 3634092

Pierre Cox
Institut de Radioastronomie Millimétrique
Grenoble
cox [at] iram [dot] fr
Telefoon: (+33) 476 824953


Beeldmateriaal:

Artist impression van de gevonden gas- en stofschijf. Het binnenste deel van de schijf wordt verwarmd door energie die vrij komt bij de groei van het centrale zwarte gat. De dichtheid van de schijf is zo hoog dat zelfs straling er niet uit kan ontsnappen. (Credit: NASA/JPL-Caltech)

Beeldmateriaal van de gebruikte IRAM telescopen:
http://www.iram.fr/EN/photo-gallery.php

Onderzoeksteam:

P.P. van der Werf (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden)
A. Berciano Alba (ASTRON, Dwingeloo & Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden)
M. Spaans (Kapteyn Instituut, Universiteit Groningen)
A.F. Loenen (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden)
R. Meijerink (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden)
D. Riechers (California Institute of Technology, Pasadena, Califonië, VS)
P. Cox (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Grenoble, Frankrijk)
A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland)
F. Walter (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland)

On-line voorpublicatie:

Water vapor emission reveals a highly obscured, star forming nuclear region in the QSO host galaxy APM 08279+5255 at z=3.9. Van der Werf, P.P., Berciano Alba, A., Spaans, M., Loenen, A.F., Meijerink, R., Riechers, D.A., Cox, P., Weiß, A., & Walter, F.
Astrophysical Journal Letters, in press http://arxiv.org/abs/1106.4825.

 

Design: Kuenst.    Development: Dripl.    © 2014 ASTRON