Wanneer we naar de nachtelijke hemel kijken, zien we talloze sterrenstelsels, eilanden van sterren, gas en stof, elk met hun eigen geschiedenis en toekomst. De meeste sterrenstelsels, zoals onze eigen Melkweg, vormen sterren in een redelijk constant en bescheiden tempo. Maar er bestaat een bijzondere klasse van stelsels die hun sterrenproductie op volle toeren draaien, alsof ze in een kosmische “groeispurt” zitten. Deze worden starburststelsels genoemd.
Een starburst sterrenstelsel is een sterrenstelsel waarin de snelheid van stervorming uitzonderlijk hoog ligt, vaak tientallen tot honderden keren groter dan in de Melkweg. Waar ons sterrenstelsel jaarlijks ongeveer één tot twee zonnemassa’s aan nieuwe sterren vormt, kunnen starburststelsels tot wel honderd zonnemassa’s per jaar produceren. Dit betekent dat in een paar honderd miljoen jaar, een oogwenk op kosmische schaal, een aanzienlijk deel van hun gasvoorraad wordt omgezet in sterren. Omdat de brandstof (gas en stof) uiteindelijk opraakt, is een starburst een tijdelijk verschijnsel. Het is alsof een sterrenstelsel in korte tijd al zijn energie verbruikt, waarna het weer in een rustigere fase belandt.
Ontdekking en vroege observaties
Het fenomeen starburst werd in de tweede helft van de 20e eeuw herkend. Astronomen zagen dat sommige sterrenstelsels buitengewoon helder waren in het infrarode deel van het spectrum. Een bekend voorbeeld is het sterrenstelsel M82, ook wel de Sigaarstelsel genoemd, op ongeveer 12 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Grote Beer. M82 trok de aandacht omdat radiotelescopen en infraroodwaarnemingen aantoonden dat er in zijn kern enorme hoeveelheden energie vrijkwamen, niet door een superzwaar zwart gat (zoals bij actieve kernen), maar door de geboorte van talloze sterren en de dood van massieve exemplaren in supernova’s. Rond 1970 en 1980 werd duidelijk dat dit type intense stervorming geen uitzondering was, maar een belangrijk fenomeen in de evolutie van sterrenstelsels.
Oorzaken van starbursts
Een belangrijke vraag is: wat triggert deze kosmische uitbarstingen? Onderzoek wijst vooral op botsingen en interacties tussen sterrenstelsels. Wanneer twee stelsels elkaar naderen, zorgen zwaartekrachtskrachten ervoor dat gas naar binnen wordt getrokken en samengedrukt. Dit vormt een ideale voedingsbodem voor stervorming. Daarnaast kunnen interne processen, zoals instabiliteiten in de schijf van een sterrenstelsel of de aanwezigheid van een balkstructuur, ook leiden tot gasinstroom naar het centrum en zo een starburst veroorzaken.
Eigenschappen van starburststelsels
- Extreem hoge stervorming
De hoge sterproductie zorgt voor een overvloed aan jonge, hete, blauwe sterren. Deze stralen fel in ultraviolet licht, maar worden vaak omgeven door dichte wolken stof die dit licht absorberen. Het stof straalt de energie vervolgens weer uit in het infrarood. Daarom zijn veel starburststelsels het best zichtbaar met infraroodtelescopen, zoals de Spitzer Space Telescope of de James Webb Space Telescope (JWST). - Sterrenwinden en supernova’s
De vele massieve sterren leven kort maar krachtig. Binnen enkele miljoenen jaren exploderen ze als supernova’s, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen. Samen met krachtige sterrenwinden blazen deze explosies gas uit de kern van het stelsel. In M82 is bijvoorbeeld een spectaculaire “superwind” waargenomen: hete gasstromen die zich duizenden lichtjaren ver in de ruimte uitstrekken. - Gasrijke kernen
Starbursts vinden vaak plaats in de centrale regio’s van sterrenstelsels, waar gas in grote hoeveelheden kan samenklonteren. Botsingen en interacties tussen stelsels spelen hierbij vaak een rol. Het bekendste voorbeeld is het paar Arp 220, een botsende sterrenstelselcombinatie die in het infrarood extreem helder is door zijn intense stervorming. - Kortstondig karakter
Een starburst kan slechts enkele tientallen tot honderden miljoenen jaren duren. Dat is kort vergeleken met de leeftijd van sterrenstelsels, die miljarden jaren oud zijn. Hierdoor zien we starbursts maar bij een klein percentage van alle stelsels.
Starbursts en de evolutie van sterrenstelsels
Starburststelsels spelen een cruciale rol in ons begrip van hoe sterrenstelsels groeien en veranderen. In het vroege heelal, enkele miljarden jaren na de oerknal, kwamen starbursts veel vaker voor dan nu. Telescopen die diep in de kosmos kijken, zoals de Hubble en JWST, tonen dat jonge sterrenstelsels vaak periodes van intense stervorming doormaakten. Deze fasen kunnen een stelsel transformeren: na een starburst is een groot deel van het gas verdwenen of weggeblazen, waardoor de stervorming sterk afneemt. Soms vormt dit een opstap naar een rustig elliptisch stelsel met weinig gas en nieuwe sterren.
