Hoe zit dat nou met ionisatie, on-ionisatie en reïonisatie?

Gisteren werd bekend dat men gebruikmakend van zowel de Hubble ruimtetelescoop als de Very Large Telescope in Chili het verst verwijderde sterrenstelsel ooit heeft ontdekt, eentje met een ingewikkelde naam – UDFy-38135539 voor de liefhebbers – en dat deze maar liefst 13,1 miljard lichtjaar van ons vandaan staat. Dat stelsel zou 600 miljoen jaar na de oerknal zijn voorgekomen, ten zijde van de zogenaamde reïonisatie. Zojuist lees ik op Twitter dat de Planck-satelliet in feite moet lachen (voor zover technisch mogelijk) om deze waarneming, nou ja het staat er niet letterlijk, maar het komt er wel op neer. Planck neemt al meer dan een jaar de Kosmische Microgolf-achtergrondstraling (CMB) waar en die is een poepie ouder dan UDFy-3813553. De fotonen van die achtergrond dateren namelijk van 380.000 jaar na de oerknal, dus in afstand uitgedrukt: 13,7 miljard lichtjaar van ons vandaan. Afijn, waar ik even naar toe wil is dat proces van ionisatie, on-ionisatie en reïonisatie, die je in al de berichten erover tegenkomt. Ik ben niet zo thuis in de chemie, maar voorzover ik het begrijp wil ionisatie niets anders zeggen dan dat atoomkernen en electronen – in dit geval van waterstof – zich scheiden en dat kwam in de eerste vroege fase van het heelal, kort na de oerknal, voor. Dat duurde tot het moment dat het heelal door z’n uitdijing afkoelde tot zo’n 4000 K en toen trad de fase van recombinatie in, oftewel on-ionisatie. Dat wil zeggen dat de electronen en protonen (de waterstofkernen) weer aan elkaar gekoppeld werden en neutraal waterstof vormden. Die fase startte zoals gezegd 380.000 jaar na de oerknal en de CMB die satellieten als COBE, WMAP en nu dus Planck hebben geobserveerd dateert exact van dat moment.  Vóór het moment van recombinatie werden de fotonen voortdurend heen en weer gekaatst tussen de vrije electronen en protonen en dus was er geen ongehinderd ‘verkeer’ van fotonen, van licht dus. Daarna was dat vrije verkeer er wel en da’s de reden dat genoemde satellieten de fotonen van de CMB vanaf dat moment wel kunnen zien.

De ‘Dark Ages’ van het heelal

Ondanks dat vrije verkeer van fotonen gaat het heelal na de recombinatie een lange, donkere tijd tegemoet die men ook wel de ‘dark ages’ van het vroege heelal noemt. Huh, waarom eigenlijk, die fotonen kunnen toch ongehinderd reizen? Nou, eenvoudig omdat er behalve de CMB geen enkele andere lichtbron was. Er waren geen sterren, geen sterrenstelsels, niets wat licht gaf. Pas tussen ongeveer 150 miljoen en 800 miljoen jaar na de oerknal onstaan hier en daar de eerste sterren en vanaf 400 miljoen jaar ook de eerste sterrenstelsels. En – tatararatáááá’- waar zorgden die allereerste sterren en sterrenstelsels met hun enorme ultraviolette straling voor? Dat die recombinatie of on-ionisatie weer teniet werd gedaan en dat er opnieuw sprake was van een ionisatie. Door dat UV-licht kregen de electronen genoeg energie om zich los te weken van de protonen en was het gedaan met het neutrale waterstof. Vandaar de term reïonisatie, waarmee ook een einde kwam aan de donkere periode van het heelal. Op de afbeelding links hierboven zie je een voorstelling van de allervroegste sterrenstelsels in die fase van reïonisatie. En rechts een schema met al die verschillende fasen op een rijtje. Morgen zal ik een video van laten zien van die reïonisatiefase ten tijde van UDFy-38135539, nu ga ik even kijken of ‘t beneden allemaal goed gaat bij ‘t ‘Proud to be Foud’ feestje van m’n dochter. Bron: ESO en Wikipedia