Tienmaal meer 'hyperlumineuze' sterrenstelsels waargenomen dan mogelijk werd geacht

Foto: Het ultra-heldere infraroodstelsel IRAS 14348-1447. (ESA/Hubble & NASA).

Een team van astronomen onder leiding van SRON, Nederlands instituut voor ruimte-onderzoek, heeft tien keer zoveel hyperlumineuze sterrenstelsels waargenomen in het infrarood dan sterren volgens theoretische modellen kunnen produceren. Als de theorie klopt, kunnen sterren dus niet in hun eentje verantwoordelijk zijn voor de helderheden van de helderste infraroodsterrenstelsels.

Elf miljard jaar geleden — ongeveer drie miljard jaar na de oerknal — begonnen zich relatief snel sterrenstelsels te vormen. Er was gas in overvloed, dus een klein deel van deze vroege stelsels was in staat om uit te groeien tot zware, hyperlumineuze exemplaren, met een helderheid van tien biljoen zonnen. Omdat de gasreserves in de loop der tijd opdroogden, konden later minder sterrenstelsels zo snel ‘groeien’.

Toen astronomen het heelal bestudeerden met de infrarood-ruimtetelescoop Herschel, zagen ze deze theorie over het algemeen bevestigd. Maar in absolute getallen leek het erop dat er ruim tienmaal teveel hyperlumineuze infraroodsterrenstelsels zijn, zowel in het vroege heelal als dichterbij huis. Helaas kon Herschels ruimtelijke resolutie niet alle individuele sterrenstelsels onderscheiden, zodat ze het niet met zekerheid konden zeggen.

Een internationaal team van astronomen, geleid door Lingyu Wang van SRON en de Rijksuniversiteit Groningen, heeft nu de LOFAR-radiotelescoop gebruikt om de sterrenstelsels individueel te onderscheiden. Ze zagen inderdaad meer dan tienmaal zoveel hyperlumineuze sterrenstelsels dan de theorie voorspelt. Met een onzekerheid van een factor twee kunnen ze nu met zekerheid zeggen dat we naar een andere theorie moeten zoeken.

Snelle sterproductie

‘We onderzoeken nu welke fysische mechanismen zulke extreme sterrenstelsels kunnen aandrijven,’ zegt Wang. ‘Worden ze aangedreven door stervorming of door de aangroei van superzware zwarte gaten? In het eerste geval moeten hyperlumineuze infraroodsterrenstelsels jaarlijks duizenden zonsmassa’s aan sterren produceren. Theoretische modellen voorzien echter niet in zo’n snelle sterproductie. Een alternatief scenario is dat de stelsels voornamelijk worden aangedreven door de accreties van materie rond het superzware zwarte gat in hun centrum. We hebben vervolgwaarnemingen nodig om de ware aard van deze extreme objecten te kunnen onderzoeken.’

Het team gaat deze vervolgwaarnemingen nu doen vanaf de Keck-sterrenwacht op Hawaï. Dat geeft ze preciezere gegevens over de roodverschuiving van de sterrenstelsels, en dus hun afstand. Keck heeft een optische telescoop die spectra opneemt. Astronomen leiden de roodverschuiving af uit spectra door te kijken hoeveel golflengtes de karakteristieke vingerafdrukken van stoffen zijn verschoven.

De astronomen hebben hun bevindingen vandaag op preprint-site arXiv gezet. Binnenkort verschijnt de publicatie ook in een speciale editie van Astronomy & Astrophysics.