Hoe massiever, of vol sterren, een melkweg is, hoe sneller de sterren erin worden gevormd. Dit lijkt de algemene regel te zijn, dat wordt tegengesproken, echter, door enkele abnormale gevallen, bijvoorbeeld dunne (niet massieve) sterrenstelsels die hyperactief zijn in hun stervorming. Tot nu toe werd het fenomeen verklaard door catastrofale externe gebeurtenissen zoals het botsen en samensmelten van sterrenstelsels, maar een nieuwe theorie biedt een alternatieve verklaring, gerelateerd aan een in situ (intern) proces van melkwegevolutie. De nieuwe theorie reproduceert correct het gedrag van zowel normale als abnormale (of uitbijter) sterrenstelsels, en kan verder worden getest door nieuwe waarnemingen. Een studie uitgevoerd door de International School for Advanced Studies (SISSA) in Triëst, al gepost op het astro.ph-archief, wordt binnenkort gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift .

Als we de sterrenstelsels waarvoor we de relevante gegevens hebben, in een grafiek plaatsen die de massa van sterren in elk sterrenstelsel relateert aan de stervormingssnelheid van dat sterrenstelsel, de meeste van hen zouden verschijnen als een compacte wolk, die kan worden beschreven met behulp van een eenvoudige functie. Deze grafiek staat bekend als de Galaxy Main Sequence (GMS), een fundamentele waarnemingsrelatie voor wetenschappers die sterrenstelsels bestuderen. Het beeld dat naar voren komt is eenvoudig:hoe massiever de melkweg, hoe sneller het stervormingsproces verloopt.

Maar zo duidelijk als het lijkt, er is een probleem. Er zijn enkele uitzonderingen (abnormale of uitschieters) die de regel niet lijken te volgen. Bepaalde sterrenstelsels, in feite, hoewel ze niet veel sterren bevatten, hebben ze een zeer intense stervormingssnelheid. De meest geaccrediteerde hypothese om deze abnormale gevallen te verklaren, beroept zich op botsing en samensmelting tussen twee sterrenstelsels:deze uitbijters zouden daarom niets anders zijn dan sterrenstelsels die tijdens hun botsing zijn vastgelegd, een fenomeen dat zou leiden tot een plotselinge, hoewel van voorbijgaande aard, toename van hun stervormingssnelheid.

Claudia Mancuso, SISSA-onderzoeker en eerste auteur van de studie samen met SISSA-professoren Andrea Lapi en Luigi Danese, stelde een fascinerende alternatieve verklaring voor:"Volgens de benadering die we bij SISSA hebben ontwikkeld en slechts een paar maanden geleden hebben gepubliceerd, botsing en samensmelting, terwijl het mogelijk is, zijn niet zo relevant dat ze de vorming en evolutie van sterrenstelsels kunnen verklaren, inclusief de uitbijters waargenomen in GMS, " zegt de wetenschapper. "Onze benadering biedt een in situ verklaring die uitsluitend is gebaseerd op interne processen in het zich ontwikkelende sterrenstelsel."

De rol van het centrale zwarte gat

Vooral, de verklaring van Mancuso en collega's is gebaseerd op de nauwe relatie die bestaat tussen stervorming en de groei van het centrale zwarte gat in massieve sterrenstelsels. "Deze twee gebeurtenissen zijn gelijktijdig en met elkaar verbonden. Terwijl de melkweg sterren vormt en zijn massa op een constante en substantiële manier vergroot, zijn zwarte gat groeit ook, en doet dat nog sneller, " legt Mancuso uit. "Op een gegeven moment wordt het zwarte gat zo groot dat het een 'energetische wind' ontwikkelt, die gas en stof uit de omgeving wegveegt. Aangezien dit materialen zijn die nieuwe sterren vormen, het stervormingsproces komt abrupt tot stilstand."

Op basis van dit scenario, Mancuso en collega's formuleerden een voorspelling over GMS en toonden aan dat hun resultaten in uitstekende overeenstemming zijn met de waargenomen gemiddelde relatie, terwijl het een nieuwe interpretatie biedt voor uitbijters. "Het zijn gewoon heel jonge sterrenstelsels, " legt Mancuso uit. "Een melkwegstelsel in zijn zeer vroege levensfase, vol stof en gas, heeft een zeer hoge stervormingssnelheid, maar bevat tegelijkertijd nog steeds heel weinig sterren omdat het nog geen tijd heeft gehad om ze te vormen, dat is alles." Een eenvoudige en elegante verklaring die geen externe tussenkomst vereist. Naarmate de evolutie vordert, gaat de wetenschapper verder, de sterrenstelsels komen steeds dichter bij het gemiddelde van de GMS, waar ze het grootste deel van hun leven zullen doorbrengen, alvorens te worden "uitgeschakeld" door de energetische wind van het zwarte gat. "Daarom is de datawolk zo dicht in dat deel van het diagram, " zij voegt toe.

"Duidelijk, de zuurtest komt uit de waarnemingen, " concludeert Mancuso. "We hebben de leeftijd gecontroleerd, geschat door observatie, van enkele uitschieters in de GMS, en het zijn inderdaad altijd heel jonge sterrenstelsels." Meer dan dat, verdere validatie zou zeer binnenkort kunnen komen:"Onze theorie impliceert in feite dat uitbijterstelsels, die jong zijn en een zeer hoge stervormingssnelheid hebben, zijn nog steeds gasrijk, en dit zal ons in staat stellen om ze diepgaand te bestuderen met behulp van de ALMA-interferometer."