Chinese FAST-telescoop herschrijft het verhaal waarom stervorming afneemt
Decennialang hebben astronomen toegekeken hoe het universum stiller werd. Sterrenstelsels waren ooit razend druk, ze veranderden koud gas in nieuwe sterren, maar die activiteit is in miljarden jaren sterk afgenomen. De belangrijkste verklaring was simpel: sterrenstelsels raakten door hun brandstof heen. Koud waterstofgas, de grondstof voor sterren, zou gestaag worden verbruikt en nooit snel genoeg worden aangevuld.
Een nieuwe internationale studie suggereert dat dit verhaal onvolledig is. Een internationaal team met daarin de Chinese Nationale Astronomische Observatoria, het Astronomisch Observatorium van Shanghai en de Shanghai Jiao Tong Universiteit combineerde twee van ‘s werelds krachtigste instrumenten om te meten hoeveel neutraal waterstof — het koude gas dat stervorming voedt — de afgelopen 4,5 miljard jaar daadwerkelijk aanwezig was.
De instrumenten waren de Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, bekend als FAST, in de provincie Guizhou, en de Dark Energy Spectroscopic Instrument, of DESI, in Arizona. FAST is ‘s werelds grootste radiotelescoop met één schotel, en zijn gevoeligheid maakt hem uitzonderlijk goed in het detecteren van zwakke waterstofsignalen. DESI brengt ondertussen miljoenen sterrenstelsels in enorme ruimtevolumes in kaart. Samen bieden ze een manier om stervormingssnelheden te vergelijken met de gasvoorraad op dezelfde kosmische tijdschaal.
Het resultaat, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy, is dat de twee niet gelijk oplopen. Stervorming is dramatisch verzwakt, maar het reservoir aan neutraal waterstof is niet in hetzelfde tempo opgedroogd. Met andere woorden, sterrenstelsels bevatten nog steeds volop grondstof voor sterren. Wat ze lijken te verliezen is het vermogen om die te verwerken.
De bevinding verschuift de aandacht van aanvoer naar proces. Gas moet afkoelen, samenklonteren en onder zwaartekracht instorten voordat het kan ontbranden tot sterren, en elk van die stappen kan worden verstoord. Uitstromen aangedreven door exploderende sterren, verwarming door superzware zwarte gaten, of de simpele turbulentie van een volwassen sterrenstelsel kunnen gas allemaal te warm of te diffuus maken om efficiënt in te storten. Een sterrenstelsel kan gasrijk zijn en toch bijna steriel.
Die herformulering is belangrijk omdat ze een van de centrale vragen in de evolutie van sterrenstelsels raakt: waarom het stervormingstijdperk van het universum miljarden jaren geleden piekte en sindsdien is afgenomen. Als brandstofuitputting niet de hoofdschuldige is, zullen modellen van hoe sterrenstelsels groeien, verouderen en uiteindelijk stil worden, moeten worden herzien.
Voor de Chinese astronomiegemeenschap is het werk ook een mijlpaal in internationale samenwerking. FAST werd voorgesteld en gebouwd in China, maar de meest waardevolle wetenschap komt steeds vaker voort uit het combineren met instrumenten elders. Radio-observaties kunnen koud gas traceren dat optische surveys niet kunnen zien, terwijl grote spectroscopische surveys de statistische steekproef leveren die een enkele telescoop niet alleen kan samenstellen.
Er is ook een bredere les voor iedereen die naar de lucht kijkt. De kosmische geschiedenis is geen simpel verhaal van uitputting, zoals een vuur dat zijn laatste blokken verbrandt. Het lijkt meer op een keuken die nog ingrediënten in de kasten heeft maar de koks is kwijtgeraakt. Begrijpen waarom — en of de vertraging in welk sterrenstelsel dan ook omkeerbaar is — zal astronomen jaren bezighouden, en het zal teams zoals dit hun schotels en spectrografen op dezelfde stukken lucht blijven richten.