Astronomen hebben ontdekt wat er kan gebeuren als een gigantisch zwart gat niet ingrijpt in het leven van een cluster van sterrenstelsels. Met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory en andere telescopen hebben ze aangetoond dat het gedrag van passieve zwarte gaten een opmerkelijke stortvloed van stervorming in een verre cluster van sterrenstelsels kan verklaren.

Clusters van sterrenstelsels bevatten honderden of duizenden sterrenstelsels die doordrongen zijn van hete, Röntgenstraling uitzendend gas dat groter is dan de gecombineerde massa van alle sterrenstelsels. Uitstoot van materiaal, aangedreven door een superzwaar zwart gat in het centrale melkwegstelsel van de cluster, verhindert gewoonlijk dat dit hete gas afkoelt en grote aantallen sterren vormt. Door deze verwarming kunnen superzware zwarte gaten de activiteit en evolutie van hun gastheercluster beïnvloeden of controleren.

Maar wat gebeurt er als dat zwarte gat niet meer actief is? De melkwegcluster SpARCS104922.6+564032.5 (kortweg SpARCS1049) die zich op 9,9 miljard lichtjaar van de aarde bevindt, biedt één antwoord.

Gebaseerd op waarnemingen van NASA's Hubble Space Telescope en Spitzer Space Telescope, astronomen hadden eerder ontdekt dat er in SpARCS1049 sterren werden gevormd met een buitengewone snelheid van ongeveer 900 nieuwe zonnen per jaar. Dit is meer dan 300 keer sneller dan de snelheid waarmee onze melkweg, De melkweg, vormt zijn sterren. (Met de snelheid die wordt gezien in SpARCS1049, alle sterren in de Melkweg zouden zich in slechts 100 miljoen jaar kunnen vormen, wat een korte tijdsperiode is in vergelijking met de leeftijd van onze Melkweg van meer dan tien miljard jaar.)

"Het doet me denken aan de oude uitdrukking van 'wanneer de kat weg is, de muizen zullen spelen, '", zei Julie Hlavacek-Larrondo van de Universiteit van Montreal in Canada, die de studie leidde. "Hier de kat, of zwart gat, is stil en de muizen, of sterren, zijn erg druk."

Deze furieuze stervorming vindt plaats rond 80, 000 lichtjaar verwijderd van het centrum van SpARCS1049 in een gebied buiten een van de sterrenstelsels van de cluster. Astronomen hebben zich afgevraagd:wat veroorzaakt deze wonderbaarlijke cyclus van stergeboorte?

Het antwoord kan komen van nieuwe Chandra-gegevens die het gedrag van het hete gas in SpARCS1049 onthullen. In het grootste deel van het cluster, de temperatuur van het gas is ongeveer 65 miljoen graden. Echter, op de plaats van stervorming is het gas dichter dan gemiddeld en is het afgekoeld tot een temperatuur van slechts ongeveer 10 miljoen graden. De aanwezigheid van dit koelere gas suggereert dat andere onopgemerkte gasreservoirs zijn afgekoeld tot nog lagere temperaturen waardoor enorme aantallen sterren kunnen worden gevormd.

"Zonder dat het zwarte gat actief energie in zijn omgeving pompt, het gas kan voldoende afkoelen zodat deze indrukwekkende snelheid van stervorming kan plaatsvinden, " zei co-auteur Carter Rhea, ook van de Universiteit van Montreal. "Dit soort sluiting van een zwart gat kan een cruciale manier zijn voor de vorming van sterren in het vroege heelal."

Hoewel er veel voorbeelden zijn waarbij energie die door zwarte gaten in hun omgeving wordt geïnjecteerd, verantwoordelijk is voor het verminderen van de snelheid van stervorming met een factor tien of duizenden of meer, deze clusters zijn doorgaans slechts een paar honderd miljoen lichtjaren verwijderd van de aarde en zijn veel ouder dan SpARCS1049.

In het geval van SpARCS1049, astronomen zien geen tekenen dat een superzwaar zwart gat in het centrale sterrenstelsel actief materie aantrekt. Bijvoorbeeld, er is geen bewijs voor een straal materiaal die op radiogolflengten van het zwarte gat wegwaait, of van een röntgenbron uit het midden van de melkweg die aangeeft dat materie werd verwarmd toen het in de richting van een zwart gat viel.

"Veel astronomen hebben gedacht dat zonder tussenkomst van een zwart gat, de vorming van sterren zou uit de hand lopen, " zei co-auteur Tracy Webb van McGill, die in 2015 voor het eerst SpARCS1049 ontdekte met NASA's Spitzer Space Telescope. "Nu hebben we observationeel bewijs dat dit inderdaad is wat er gebeurt."

Waarom is het zwarte gat zo stil? Het waargenomen verschil in positie tussen het dichtste gas en het centrale sterrenstelsel zou de oorzaak kunnen zijn. Dit zou betekenen dat het superzware zwarte gat in het centrum van dit sterrenstelsel wordt uitgehongerd voor brandstof. Het verlies van een brandstofbron voor het zwarte gat voorkomt uitbarstingen en laat het gas ongehinderd afkoelen, met de dichtste gaskoeling het snelst. Een verklaring voor deze offset is dat twee kleinere clusters van sterrenstelsels op een bepaald moment in het verleden met elkaar in botsing zijn gekomen om SpARCS1049 te creëren, het verplaatsen van het dichtste gas weg van de centrale melkweg.

Een paper waarin deze resultaten worden beschreven, werd gepubliceerd in The Astrofysische journaalbrieven .