Hoe ram pressure sterrenstelsel JW39 tot een ‘kwal’ transformeert

Op 900 miljoen lichtjaar afstand wordt het sterrenstelsel JW39 uit elkaar getrokken door de meedogenloze krachten van een cluster. Hubble’s prachtige opname toont een ‘kwallenstelsel’ met bloedlange stromen van stervorming; een kosmisch laboratorium voor extreme fysica.

De Hubble-ruimtetelescoop heeft opnieuw een adembenemend portret gemaakt van een van de meest bizarre en fascinerende verschijnselen in het universum: een ‘kwallenstelsel’. Op deze nieuwe opname baadt JW39, een spiraalstelsel op maar liefst 900 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Haar van Berenice (Com), in een schijnbaar vredig licht. Maar schijn bedriegt. Dit stelsel bevindt zich in een omgeving die allesbehalve gastvrij is.

De Hubble-ruimtetelescoop legde het kwallenstelsel JW39 vast, een spiraalstelsel op circa 900 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Haar van Berenice (Com). De lange, sliertige structuren die zich vanuit het centrum naar rechtsboven toe lijken te strekken, bestaan uit gas en stof dat door ‘ram pressure’ uit de schijf is getrokken, waarbij nieuwe sterren ontstaan. De opname is een composiet van waarnemingen in zichtbaar, nabij-infrarood en ultraviolet licht met de Wide Field Camera 3. Foto: ESA/Hubble & NASA, M. Gullieuszik and the GASP team. Klik hier om de foto zoombaar te openen, hier op originele kwaliteit te downloaden (26,7 MB .tif-bestand voor printdoelenden), of hier om deze in de ESASky hemelbrowser te bekijken.

Een sterrenstelsel in de storm

JW39 bevindt zich niet in eenzaamheid, maar midden in een dichtbevolkt cluster van sterrenstelsels; duiding ‘A1668‘. Hier heersen extreme omstandigheden. Het stelsel wordt niet alleen vervormd door de zwaartekracht van zijn grotere buren, maar moet ook een onzichtbare tegenstander trotseren: het intraclustermedium. Dit is een ijl, maar verzengend heet plasma van vooral geïoniseerd waterstof en helium dat de ruimte tussen de sterrenstelsels in een cluster vult. Wanneer een sterrenstelsel zoals JW39 zich hier doorheen beweegt, ondervindt het een enorme druk – ram pressure genaamd – die het gas en stof uit de schijf van het sterrenstelsel rukt.

Dit proces, ram-pressure stripping, is verantwoordelijk voor het unieke uiterlijk van JW39. Het heeft lange, sliertige stromen van materiaal – de ’tentakels’ van de kwal – uit het stelsel getrokken. In deze kosmische staarten, die zich over enorme afstanden uitstrekken, vindt opvallend genoeg volop stervorming plaats. Astronomen van het GASP-consortium (GAs Stripping Phenomena) gebruikten Hubble’s Wide Field Camera 3 om deze tentakels tot in detail te bestuderen, in de veronderstelling dat dit een extreme en mogelijk heel andere omgeving voor stervorming zou zijn.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Verrassend onderzoek in de tentakels

Een verrassende uitkomst van dit onderzoek, beschreven in wetenschappelijke papers, was dat de stervorming in de tentakels niet fundamenteel anders lijkt te zijn dan in de hoofdschijf van het sterrenstelsel. Een analyse van duizenden individuele stervormingsgebieden (‘clumps’) in JW39 en andere kwallenstelsels wees uit dat het onderliggende mechanisme – een hiërarchische, door turbulentie gedreven fragmentatie van gas – hetzelfde blijft. Of de stervorming nu plaatsvindt in de veilige schijf of in de verloren staart in het vijandige intraclustermedium, het proces lijkt vrijelijk door te werken.

Een kleurencomposiet van JW39, gemaakt door ultraviolet-opnames van de UVIT-telescoop te combineren met optische opnames. Let op dat de foto gekanteld is t.o.v. de Hubble foto van hierboven. De witte pijl geeft de richting aan van het helderste clusterstelsel, waar de omgevingsdruk vandaan komt, zo tonen analyses aan. Het beeld beslaat een gebied van ongeveer 17.000 bij 17.000 lichtjaar. Afbeelding: George et al., 2022

Dit betekent echter niet dat de ram pressure geen stempel drukt. Dezelfde studie toonde aan dat de stervormingsgebieden, waar ze zich ook bevinden, een verhoogde helderheid hebben voor hun grootte. Dit suggereert dat de ram pressure het interstellaire gas comprimeert en zo de stervorming tijdelijk kan aanjagen, voordat het gas uiteindelijk helemaal verdwenen is.

Links: De Hubble-opname van JW39 in ultraviolet licht, met daaroverheen als groene contourlijn het centrale gebied van het JW39 stelsel en witte contourlijnen die Hα-emissies tonen (een tracer van waterstof emissies die duidt op jonge sterren). De witte pijl wijst naar een gebied met verhoogde UV-straling, mogelijk de directe interactiezone met het intraclustermedium. Rechts: Het stelsel in slechts Hα-emissies zonder UV informatie. Afbeelding: George et al., 2022

Een ander opmerkelijk detail komt naar voren uit ultraviolet-waarnemingen van JW39. Terwijl in de tentakels stervorming oplaait, lijkt deze in het centrale gebied van het sterrenstelsel juist onderdrukt te worden. Dit gebied vertoont tekenen van zogenaamde LINER-emissie, wat kan duiden op de aanwezigheid van een zwak actief zwart gat in de kern. Het is een intrigerende aanwijzing dat hetzelfde ram pressure proces dat aan de randen stervorming triggert, mogelijk ook gas naar het centrum kan stuwen en daar, via feedback van het zwarte gat, net de stervorming kan verstikken.

Een voorproefje van het lot

JW39 biedt ons zo een momentopname van bijzondere transformatie. Het is een stelsel dat actief wordt ontdaan van zijn levensader – het stervormingsgas – en waar de processen van stervorming en het stoppen daarvan zij aan zij te zien zijn. Door deze kosmische kwal en zijn soortgenoten te bestuderen, leren astronomen hoe de vijandige omgeving van een cluster de evolutie van sterrenstelsels op dramatische wijze kan sturen en uiteindelijk tot hun ‘verdoving’ kan leiden.

De afgelopen decennia zijn er prachtige foto’s gemaakt van interstellaire nevels, sterrenstelsels, planeten, andere hemellichamen en in de ruimtevaart. Ieder weekend halen we een indrukwekkende ruimtefoto uit het archief. Genieten van alle foto’s? Bekijk ze op deze pagina. Heb je zelf bijzondere (astro)foto’s die je wil delen met ons? Stuur ze in via ons mailadres o.v.v. ‘Ruimtefoto’!