Cover Page The handle http://hdl.handle.net/28791 holds

Cover Page
The handle http://hdl.handle.net/1887/28791 holds various files of this Leiden University
dissertation.
Author: Rosenberg, Marissa J.F.
Title: Causing a stir : radiative and mechanical feedback in starburst galaxies
Issue Date: 2014-09-18
Nederlandse Samenvatting
165
Nederlandse Samenvatting
Het belang van stervorming
Sterren zijn de allerbelangrijkste objecten in het Universum. Elk sterrenstelsel
heeft honderden miljoenen sterren, en deze sterren bepalen elk aspect van deze
sterrenstelsels op elke schaal. Een enkele ster kan worden gezien als een fabriek
waar de simpelste elementen omgezet worden in de bouwstenen voor leven. Op
een grotere schaal verhitten de reuzensterren hun omgeving met hun licht, zijn
ze de oorzaak voor stervorming, en komt er enorm veel energie vrij bij hun dood
tijdens een supernova explosie. Om deze redenen is het van fundamenteel belang
om te begrijpen hoe sterren ontstaan en wat deze formatie reguleert.
Sterren ontstaan in regionen met koud, compact gas en stof die we moleculaire
wolken noemen. De sterrenvormingscyclus begint met het ontstaan van sterren
uit het gas en stof in deze wolken. De sterren verbranden dit materiaal vervolgens
tijdens hun leven en geven de rest terug aan de ruimte als ze sterven. Het is deze
cyclische aard van het sterrenvormingsproces die ervoor zorgt dat sterren en hun
omgeving zo een sterke band met elkaar hebben.
In sommige omgevingen zorgt de sterrenvormingscyclus voor een sterrenuitbarsting waarbij sterren tussen 10-1000 keer sneller vormen dan normaal. In dit
proefschrift bestudeer ik enkel de sterrenstelsels die een dergelijke sterrenuitbarsting ondergaan. Hiernaast focus ik ook op een unieke soort van de sterrenvormingscyclus die zich voordoet in het midden van sterrenstelsels. In die regionen
is de sterrenvormingscyclus niet geïsoleerd, maar wordt het beïnvloed door wat er
nog meer gebeurd in het centrum van een sterrenstelsel. Hierdoor is het proces
nog heviger.
De extreme omgeving in het centrum van sterrenstelsels
166
Nederlandse Samenvatting
In het centrum van ons sterrenstelsel, de Melkweg, ligt een zwart gat dat even
zwaar is al vier miljoen Zonnen. In tegenstelling tot ons zwarte gat zijn veel andere
zwarte gaten zogenaamd actief. Een actief zwart gat is een zwart gat dat in massa toeneemt door samenvoeging met steeds meer materiaal. Terwijl het materiaal
in het zwarte gat valt wordt het tegelijkertijd rondgeslingerd met enorme snelheden en wordt het extreem heet. Hierbij straalt het hoge doses energie uit. Deze
straling is slechts één van de componenten die de omgeving in het centrum van
sterrenstelsels zo extreem maakt.
Naast de zwarte gaten vindt er in het centrum van een sterrenstelsel ook veel
stervorming plaats. Zoals boven al is aangegeven zorgt stervorming in de vorm van
de extreem snelle sterrenuitbarstingen ervoor dat de omgeving wordt overspoeld
met straling, vooral wanneer sterren sterven. Een sterrenuitbarsting kan ook voor
sterke winden zorgen die door de ruimte waaien en welke hun directe omgeving
compleet hervormen. Tot slot kan er ook mechanische verhitting plaatsvinden in
grote hoeveelheden. Deze brede en alomvattende term kan worden gebruikt voor
alles wat het gas en stof beroerd, zoals turbulentie of schokgolven. Mechanische
verhitting vernietigd stof en roert het materiaal, waardoor het verhit en verstoord
raakt.
Samen zijn de zwarte gaten en de mechanische verhittingsprocessen zeer gewelddadig en genereren ze een sterke outﬂow van materiaal, waarbij het materiaal
uit het centrum van het sterrenstelsel en in de ruimte wordt geslingerd. Zodra al
het materiaal voor stervorming uit het sterrenstelsel is geslingerd spreken we van
een dood sterrenstelsel, omdat het immers geen nieuwe sterren meer kan vormen.
In afbeelding 7.3 zien we links hoe het sterrenstelsel M82 er uit ziet als we er met
onze eigen ogen naar zouden kijken, in het optische spectrum. Echter, moleculen die verantwoordelijk zijn voor stervorming zijn niet zichtbaar in dit spectrum,
maar zijn alleen waarneembaar in het infrarood. Zodra we een andere telescoop
gebruiken die ook het infrarode spectrum observeert (zoals rechts in afbeelding
7.3) kunnen we de enorme hoeveelheid stervormend gas en stof zien die uit het
centrum van het sterrenstelsel wordt geslingerd.
Om dit proces van de sterfte van sterrenstelsels te bestuderen (ook wel het doven van stervorming genoemd) moeten we het samenspel tussen de sterren, het
zwarte gat en de turbulentie en schokgolven in de centra van extreme starburst galaxies onderzoeken.
Mijn proefschrift
Dit proefschrift is gebaseerd op observaties die gemaakt zijn met de Herschel
Nederlandse Samenvatting
167
Figuur 7.2: Links: het uitbraak-sterrenstelsel M82 zoals we die met onze ogen zien in het
waarneembare spectrum. Rechts: hetzelfde sterrenstelsel geobserveerd in een spectrum met
infrarood. Het rode gas en stof dat uit het centrum van M82 vloeit is stervormend materiaal.
Space Observatory. Met Herschel observeer ik stervormend materiaal in het centrum
van extreme starburst sterrenstelsels. Ik maak hierbij gebruik van een combinatie
van observaties en modellen om te begrijpen welke processen (sterren, actieve zwarte gaten, of mechanische verhitting) van invloed zijn op het stervormend materiaal.
Om te beginnen heb ik wat bekend staat als een 'archetypische' starburst sterrenstelsel, NGC 253, onderzocht. Dit sterrenstelsel is ideaal aangezien het relatief
dichtbij staat en het zeer helder is. Hierdoor is het al door veel mensen bestudeerd en is er al veel over bekend. Allereerst is er met behulp van een telescoop
vanaf de grond het heetste stervormende gas dat het dichtst bij de sterren staat
bestudeerd. Hieruit kon ik vaststellen dat dit gas voornamelijk werd verhit door de
sterren zelf. Toch werd 20% van het heetste gas eigenlijk verhit door schokgolven
(hoofdstuk 2). Daarna observeerde ik het koudere stervormende gas dat verder van
de sterren in de gaswolken ligt. Hierbij presenteer ik een nieuwe methode waarbij
ik veel verschillende moleculen gebruik (in plaats van één molecuul, zoals voorheen
gebruikelijk was) om vast te stellen welk proces het stervormende gas beïnvloed.
Hoewel het koude gas op een compleet andere plek ligt dan het warme gas is het
verrassend gelijkwaardige resultaat waarneembaar waarbij het merendeel van het
gas wordt verhit door de sterren, maar waarvan 20% alsnog door de schokgolven
wordt verhit (hoofdstuk 3). Dit was een onverwacht resultaat gezien het feit dat
eerder werd aangenomen dat het gas enkel en alleen door de sterren werd verhit,
en in zijn geheel niet door schokgolven. Maar aan de hand van mijn observaties
bleek het niet mogelijk te zijn om te verklaren wat er gebeurde zonder de 20% van
verhitting aan schokgolven toe te schrijven.
168
Nederlandse Samenvatting
Omdat dit resultaat onverwacht was ging ik door met mijn onderzoek, en richtte ik mij op een nog extremer sterrenstelsel, Arp 299. Arp 299 is eigenlijk een stelsel
van verschillende botsende sterrenstelsels met drie stervormende centra. De eerste, Arp 299 A is een starburst sterrenstelsel met ook een actief zwart gat in het
midden. Arp 299B is daarentegen enkel een starburststerrenstelsel, en Arp 299 C
is de regio waar de twee stelsels elkaar raken en waar minder intense stervorming
plaatsvindt. Dit gehele sterrenstelsel biedt een unieke kans om het stervormende
materiaal te bestuderen op drie verschillende locaties, elk met een eigen omgeving
die nét iets anders is van die van de andere, maar die nog wel in hetzelfde sterrenstelsel te vinden is. Wederom heb ik het koudere gas bestudeerd met dezelfde
methode die ik ontwikkeld heb in hoofdstuk 3. We kunnen zien dat in het geval van Arp 299 B en C enkel de sterren invloed hebben op het gas, terwijl Arp
299 A we wederom mechanische verhitting nodig hebben om de verhitting te verklaren (hoofdstuk 4). Dit resultaat was ook verrassend aangezien Arp 299 A een
actief zwart gat bevat. Toch konden de observaties niet verklaard worden door de
aanwezigheid van een zwart gat, maar moest er wel sprake zijn van mechanische
verhitting. Dit betekend niet dat er geen actief zwart gat aanwezig is in Arp 299 A,
maar nog belangrijker, dat het zwarte gat geen invloed uitoefent op het gas. Het
toont ook aan dat mechanische verhitting een krachtig en eﬃciënt proces is.
Zoals eerder vermeld kan mechanische verhitting door veel zaken veroorzaakt
worden. Eén grote bron van mechanische verhitting zou de dood van een ster kunnen zijn. Als een ster groot is in massa zal deze exploderen als een supernova als hij
sterft. Dit betekend dat hij eerst implodeert om vervolgens een enorme explosie
te veroorzaken. Maar mechanische verhitting kan ook worden veroorzaakt door
processen die niet gerelateerd zijn aan sterren, zoals de botsing tussen twee sterrenstelsels. Daarom biedt hoofdstuk 5 een manier om te meten hoeveel supernovae
er elk jaar plaats vinden. Hiermee kunnen we beter begrijpen of de mechanische
energie aan de sterren is gerelateerd of dat dit komt door een extern proces. Tot
slot heb ik, door te bouwen op de eerdere gedetailleerde studies naar de uitbarststerrenstelsels, een verzameling van bijna 30 sterrenstelsels geobserveerd. Net als
in de geïsoleerde gevallen van NGC 253 en Arp 299 zien we dat het stervormende
gas vaak wordt beïnvloed door mechanische verhitting. Echter, in het geval van
uitermate extreme zwarte gaten zien we dat deze zwarte gaten ook het stervormende gas, zei het in mindere mate, beïnvloeden. In alle gevallen blijven sterren
de dominante en heersende bron van energie en hitte, hoewel zowel zwarte gaten
als mechanische verhitting vaak nodig zijn om de observaties te verklaren.

Download Report