Actieve sterrenstelsels

Naast de normale elliptische en spiraalsterrenstelsels werden er ook bijzondere soorten van sterrenstelsels ontdekt. Al deze stelsels hebben één ding gemeen: ze stralen veel meer energie uit dan de gewone stelsels. Meestal komt die energie voort uit hun kern, die een actieve galactische kern wordt genoemd. Het gaat om starburst sterrenstelsels, radiosterrenstelsels, seyfertsterrenstelsels en quasars. Langzaamaan slaagt men erin deze vreemde stelsels in te passen in het verhaal van onstaan en de evolutie van sterrenstelsels.

'Starburst' sterrenstelsels

Tijdens het onderzoek naar sterrenstelsels ontdekte men special stelsels die opvallend helder zijn in het infrarode gebied. Later bleek dat er in deze sterrenstelsels uitzonderlijk veel nieuwe sterren gevormd worden. Daarom worden deze stelsels nu 'starburst galaxies' genoemd. De jonge sterren stralen zeer veel energie uit en zorgen daarmee voor een opwarming van het gas in het hele sterrenstelsel. Dat superhete gas gaat op zijn beurt X-stralen uitzenden. Bij een zeer hevige starburst-activiteit kan het zelfs gebeuren dat er een gaswolk uit het sterrenstelsel wordt weggeblazen: dit wordt een superwind genoemd.

De starburst-periode duurt slechts betrekkelijk kort: ongeveer 10 miljoen jaar. Tijdens die periode worden er honderd keer meer sterren gevormd dan normaal. Waarschijnlijk kennen de meeste sterrenstelsels verschillende periodes van starburst-activiteit. De meest aanvaarde theorie over het ontstaan van zo'n periode van intense stervorming is dat er een verstoring ontstaat in het evenwicht van het sterrenstelsel, bijvoorbeeld door interactie met een ander sterrenstelsel. De aantrekkingskracht die de beide stelsels dan op elkaar uitoefenen, zorgt voor deining in het interstellaire gas. Waar het gas wordt samengedrukt, kunnen nieuwe sterren ontstaan.

De sterren die in zo'n periode van starburst gevormd worden, zijn meestal heel massieve sterren die niet erg lang leven. Na een paar miljoen jaar ondergaan ze meestal een supernova-ontploffing, waarbij ze het meeste gas uit hun omgeving opnieuw verspreiden. Zo komt er opnieuw rust in het sterrenstelsel.

M82 is een starburst sterrenstelsel.

Radiosterrenstelsels

Alle sterrenstelsels zenden radiostraling uit, maar de term 'radiosterrenstelsels' is voorbehouden voor een speciaal type van stelsel waarin twee zeer sterke radiobronnen (meer dan 1023 Watt) waargenomen kunnen worden die buiten het stelsel zelf lijken te liggen. Een stralingsuitbarsting duurt erg kort, in de orde van 1000 tot 10 000 000 jaar. Uitbarstingen kunnen dan ook meerdere keren in het leven van een sterrenstelsel voorkomen. Radiostelsels zijn meestal grote elliptische stelsels, die twee enorme lobben vertonen die uit hun kern naar buiten komen. Radiotelescopen kunnen deze lobben heel duidelijk zien, maar in zichtbaar licht zijn ze meestal erg zwak. Aan het uiteinde van de lobben zien we meestal erg heldere gebieden: hier botst het gas in de jets met het intergalactisch medium.

De lobben zijn eigenlijk bundels (jets) van materiaal die uit de kern van de stelsels worden uitgespuwd. Ze zijn het gevolg van gigantische uitbarstingen in de kern van de radiostelsels, waar supermassieve zwarte gaten voortdurend materie opslokken. De materie die in de buurt van een zwart gat komt, wordt met zeer grote snelheid aangetrokken. Daarbij komen enorme hoeveelheden straling vrij. Die straling wordt tot bundels samengeperst door de zeer sterke magnetische krachten rondom het supermassieve zwarte gat.

Bijna alle radiosterrenstelsels zijn elliptische stelsels. Dat komt doordat deze stelsels in hun kern zeer zware supermassieve zwarte gaten hebben. Bij spiraalstelsels zijn de zwarte gaten in de kern minder zwaar, waardoor er waarschijnlijk niet zo'n sterke straling wordt uitgezonden door de omgeving van het zwarte gat. Toch werd in in 2003 een jet ontdekt bij het spiraalstelsel 0313-192. Dat doet onderzoekers vermoeden dat het misschien niet alleen de aard van het sterrenstelsel is die bepalend is voor het ontstaan van jets, maar ook het intergalactische medium, de ijle gaswolken rondom het stelsel.

Hercules A, een radiosterrenstelsel, stoot hier enorme plasmastralen uit.

Seyfertsterrenstelsels

Seyfertsterrenstelsel zijn stelsels met een uitzonderlijk heldere, kleine kern met een kenmerkend emissiespectrum. Dat is vreemd, want men zou verwachten dat de kern van een sterrenstelsel samengesteld is uit het spectrum van alle sterren die erin verzameld zijn. Dat is ook zo voor 'normale' sterrenstelsels. De kern van een Seyfertstelsel heeft echter één enkel emissiespectrum.

In 1943 ontdekte Carl Seyfert dat deze vreemde spectra afkomstig zijn van het gas dat zich in de kern van het sterrenstelsel bevindt en dat zeer veel energie bevat. Die energie krijgt het gas waarschijnlijk door de hoge snelheid waaraan het zich verplaatst, wanneer het wordt aangetrokken door het supermassieve zwarte gat in de kern van het sterrenstelsel.

Seyfertsterrenstelsels vertonen daardoor veel gelijkenissen met quasars, en de grens tussen de beide objecten is vaag. Het belangrijkste onderscheid is dat bij een seyfertstelsel het helderheidsverschil tussen de kern en de rest van het stelsel minder groot is, zodat de structuur van het sterrenstelsel nog eenvoudig te onderscheiden is.

NGC 1566, een seyfertstelsel

Quasars

Quasars zijn sterrenstelsels die zeer vroeg na het ontstaan van het universum zijn gevormd. Ze hebben een bijzonder heldere kern. Het zijn de helderste en verste objecten die we kunnen waarnemen: ze stammen uit de periode waarin sterrenstelsels nog jong waren. Stof, gas en sterren, allen rijkelijk aanwezig in het jonge sterrenstelsel, worden opgeslokt door een supermassief zwart gat in het centrum van het stelsel. Hierbij komen grote hoeveelheden straling vrij, soms met de energie van honderd sterrenstelsels samen. Deze stralingsbron is zichtbaar als een quasar.

De quasar QSO-pg0052+251

Na enkele miljarden jaren is het grootste deel van het stof en gas in het centrum van het sterrenstelsel opgeslokt, zodat de quasar uitdooft. Het quasarstelsel gaat dan als een gewoon sterrenstelsel verder door het leven. Aangezien een sterrenstelsel zich slechts in het begin van zijn leven voordoet als een quasar, komen quasars alleen voor in de beginperiode van het heelal. Om ze waar te nemen moeten we dus in het verleden kijken, en dus moeten we ze zoeken op grote afstanden van de aarde.

Quasars zijn ontdekt via de sterke radiostraling die ze uitzenden. Als men er met een gewone telescoop naar kijkt, ziet men niet veel meer dan een puntvormig object. Daar kregen ze de naam "quasi stellar radio objects", later afgekort als quasar of QSO. Nu blijkt dat slechts 10% van de quasars sterke radiostraling uitzenden. Waarschijnlijk heeft dit te maken met de selectieve richting waarin de radiostraling wordt uitgezonden. Quasars zenden hun straling immers uit in bundels; als de bundel niet op de aarde gericht is, kunnen we hem niet 'zien'.