17 augustus 2017

Sterrenstelsels in donkere eeuwen vroege heelal tonen volwassen sterren

spitzer

Met de twee grote ruimtetelescopen Spitzer en Hubble van de NASA hebben sterrenkundigen ontdekt dat sterrenstelsels al in de periode van de zogenaamde ‘donkere eeuwen’ van het vroege heelal bestonden uit volwassen (Engels: ‘mature’) sterren. De twee telescopen werken samen in een project genaamd SURFS UP, een uitbreiding van de Spitzer UltRaFaint Survey, waar Spitzer al mee bezig was. Bij het project kijken ze naar de allereerste sterrenstelsels, die in het heelal ontstonden en die een paar honderd miljoen jaar na de oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond, werden gevormd. Normaal gesproken is het licht van die stelsels te zwak om te worden gezien – zelfs voor Spitzer en Hubble – maar dankzij de effecten van de zwaartekrachtslenzen van clusters van sterrenstelsels, die tussen ons en die vroegste stelsels in staan, kunnen we ze toch zien. Door de lenswerking wordt de helderheid van de stelsels wel tien keer vergroot. Met SURFS UP kijkt men naar tien zwaartekrachtslenzen bij clusters en twee daarvan zie je hierboven, links de bekende Bullet cluster, rechts de cluster MACS J1149.5+2223. In de cirkels zie je vaag de vroegste sterrenstelsels, stammend uit de donkere eeuwen van het heelal, toen hier en daar de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden. Hieronder een afbeelding van MACS J1149.5+2223.

MACSJ1149.5+2223

Het heelal was toen gehuld in een dikke nevel van neutraal waterstofgas, maar het waren de eerste sterren die dankzij hun sterke ultraviolette straling de nevel plaatselijk ioniseerden en daarmee de nevel deden verdwijnen. Het stelsel dat we dankzij de Bullet cluster kunnen zien ligt 12,9 miljard lichtjaar van ons vandaan, het stelsel bij MACS J1149.5+2223 ligt op maar liefst 13,2 miljard lichtjaar afstand. Dat was er dus al zo’n 600 miljoen jaar na de oerknal. Het is dankzij de rode waas over de sterrenstelsels dat men weet dat de beide stelsels al over volwassen, rijpe sterren beschikten, die nog eerder moeten zijn ontstaan. Men denkt dat in de donkere eeuwen een soort geboortegolf van sterrenstelsels moet hebben plaatsgevonden, die met hun UV-licht een einde maakten aan de donkere tijden, letterlijk. :bron: Bron: Spitzer.

Reacties

  1. Q: “…gehuld in een dikke nevel van neutraal waterstofgas…”

    Nevel (vaste deeltjes) of mist (vloeibare deeltjes) waterstof (H2) ontstaan bij temperaturen van resp. 14K en 20K , vooropgesteld dat de druk ‘atmosferisch is’ .
    Atmosferische druk? dan moet er ook gas zijn…. Dat kan alleen door H2 of He geleverd zijn….

    Ik ben vast makkelijk te overbluffen [ of te overtuigen. 🙂 ]
    Hoe kon er zo’n lage temperatuur ontstaan in het jonge kleine heelal, zo vlak na die BB-explosie (enorme hitte), terwijl zelfs nu, de achtergrondstraling nog steeds 3K is.

  2. Paul, bedankt voor je reactie. We hebben het over neutraal waterstof, H1 en niet over H2, diwaterstof. Het neutraal waterstof, bestaande uit een proton in de kern en een elektron eromheen, maakt deel uit van het Intergalactisch medium (IGM). Hieronder zie je een grafiek met de temperatuur van de kosmische microgolf-achtergrondstraling en de leeftijd van het heelal. Je ziet dat zo’n 100 miljoen jaar na de oerknal de temperatuur 100 K was. De tijd van die eerste sterrenstelsels, zeg vanaf 400 miljoen jaar na de oerknal, was de temperatuur nog lager.
    temperatuur
    Nu, 13,8 miljard jaar geleden is de temperatuur gezakt tot 2,7K, wat ze voor het gemak ook wel afronden op 3K.

    • Maar dan is het woord ‘Nevel’ verkeerd gekozen! Een nevel bestaat uit vaste materie(in tegenstelling tot vloeibaar of gas). Door de aggregatie toestand vast of vloeibaar heb je een ‘concentratie’ van materie nodig.

      Het ‘opaque’ heelal kon wel eens een ruimte zijn waar geen atomair maar juist geïoniseerde materie was : Protonen, Alpha-kernen en Electronen.

      Of zie ik dat verkeerd?

      Waarom laat atomair H eigenlijk geen licht door(, of de nog eerdere geïoniseerde vormen )?

    • Henk Druiven zegt:

      Dag Arie,

      Ligt het aan mij of dit plaatje?
      Volgens mij houdt de rode lijn ongeveer op bij 13 miljard jaar met een waarde die behoorlijk onder de 1 K lijkt te liggen.

      Groet, Henk.

      • Is je wel opgevallen dat de schaalverdeling dubbel logaritmisch is?

        [ Temperaturen tussen de 0K en 1K mogen toch gewoon? ]

        • Henk+Druiven zegt:

          Dag Paul,

          Jazeker. Maar de rode lijn eindigt duidelijk onder de 1 K bij een leeftijd van duidelijk meer dan 10^10=> ruim meer dan 10 miljard jaar.

          Groet, Henk.

          • Hé Henk,
            Je hebt gelijk. Het heden, het enige meetpunt waar we zeker van zijn, valt niet op de lijn. 😀
            [ Het zal wel een schets zijn. 😉 ]

  3. rudiev zegt:

    Die geboortegolf in de donkere eeuwen is toch niet zo vreemd? Alle massa was veel meer geconcentreerd dus onstonden er veel sterren. In het vroege heelal, ik neem aan dat de donkere eeuwen hier ook bij horen, zouden toch ook veel meer supersterren zijn onstaan die ook weer veel sneller opgebrand waren en zo de eerste zwaardere elementen vormden.

  4. Henk Druiven zegt:

    Dag Arie,

    Een geheel andere vraag.

    Ik heb begrepen dat volgens de Oerknaltheorie sterrenstelsels uit een ver verleden zich steeds groter aan ons moeten voordoen met de limiet van de achtergrondstraling. Deze achtergrondstraling is de straling van het heelal 300.000 jaar na de oerknal. Die straling lijkt zich nu aan ons voor te doen als komende van een boloppervlak met een straal van zo’n 13,5 miljard lichtjaar.

    Hoe kan het dat een sterrenstelsel van 600 miljoen jaar na de oerknal zich zo klein aan ons voordoet?

    Groet, Henk.

    • Ik ken die theorie niet, maar ik weet wel dat ten tijde toen de achtergrondstraling ontstond – dat was zo’n 380.000 jaar na de oerknal – er nog helemaal geen sterrenstelsels bestonden, daar was het heelal toen te heet voor. Pas veel later ontstonden sterren, die samen weer sterrenstelsels vormden, een paar honderd miljoen jaar na de oerknal. Ben je niet in de war met de helderheid van sterrenstelsels in het vroege heelal, dat onlangs als argument werd gebruikt om te beweren dat het heelal statisch is? Zie deze blog, inclusief de weerlegging ervan: http://www.astroblogs.nl/2014/06/02/leven-een-statisch-heelal/

Laat wat van je horen

*