Herschel speurt naar zwaartekrachtslenzen

Astronomen hebben een nieuwe manier ontdekt om ‘kosmische zoom-lenzen’ te vinden: met ESA’s Herschel Ruimtetelescoop. Dat is gebeurd binnen het Herschel-ATLAS-project waarbij honderdduizenden sterrenstelsels op sub-millimeter golflengten in kaart worden gebracht. De Leidse astronoom Paul van der Werf is co-auteur van een artikel hierover in Science dat op 5 november verschijnt. De lenswerking ontstaat als het licht van een verre bron wordt afgebogen door de massa van een object op de voorgrond. Dit effect is normaalgesproken extreem klein en doet zich alleen voor als het licht vlak langs een zeer zwaar object gaat, bijvoorbeeld een sterrenstelsel met honderden miljarden sterren. Het signaal wordt door de zwaartekracht zodanig afgebogen, dat het beeld van het verre sterrenstelsel wordt vergroot en versterkt. Hoewel op optische en radio-golflengten de afgelopen tientallen jaren veel van dit soort ‘zwaartekrachtlenzen’ zijn gevonden, zijn de gangbare methoden om ze te ontdekken tijdrovend en niet altijd succesvol. Door met de camera’s op de Herschel-telescoop een deel van de sterrenhemel te scannen hebben astronomen voorbeelden gevonden van zwaartekrachtlenzen op ver-infrarood en sub-millimeter golflengten. Veel van de helderste bronnen binnen deze Herschel-ATLAS-survey blijken versterkt te zijn door lenswerking. De totale survey zal honderdduizenden sterrenstelsels bevatten, de meeste zo ver weg dat hun licht er miljarden jaren over heeft gedaan om ons te bereiken. In de eerste gegevens van een klein stukje sterrenhemel vonden de astronomen vijf bijzonder heldere objecten, in de afbeelding te zien als de rood-oranje puntjes. Toen ze deze met optische telescopen nader bestudeerden, zagen ze tot hun verbazing sterrenstelsels die normaalgesproken niet helder zijn op de ver-infrarood golflengten waarop Herschel opereert. Dit bracht hen op het idee dat de door Herschel gevonden bronnen niet de optisch zichtbare stelsels waren, maar daar achter gelegen objecten: zwakke, optisch onzichtbare stelsels in het diepe heelal, versterkt door de lenswerking van de optisch zichtbare stelsels.

Om dit vermoeden te bevestigen moest de afstand van de zwakke achtergrondstelsels bepaald worden, wat werd gedaan met behulp van radiotelescopen. Deze waarnemingen laten zien dat het gaat om sterrenstelsels zoals die eruit zagen in de tijd dat het heelal slechts 2 tot 4 miljard jaar oud was, minder dan een derde van zijn huidige leeftijd. De optisch zichtbare sterrenstelsels staan veel dichterbij en zijn allemaal zo gepositioneerd dat ze ideale zwaartekrachtlenzen vormen. Bij alle verre en heldere sterrenstelsels die Herschel heeft gezien, blijkt er sprake te zijn van dergelijke kosmische zoom-lenzen. Door de vergroting en versterking door de dichterbijgelegen sterrenstelsels, kunnen astronomen deze verre en zwakke sterrenstelsels, de kosmische voorouders van onze eigen Melkweg, in veel meer detail bestuderen. Van der Werf verwacht dat met deze relatief eenvoudige techniek niet alleen veel meer zoom-lenzen zullen worden gevonden, maar vooral dat deze zullen bijdragen aan een beter begrip van het ontstaan en de evolutie van sterrenstelsels en van het heelal. Het Herschel-ATLAS project is net begonnen. De verwachting is dat er uiteindelijk honderden van dit soort kosmische zoomlenzen zullen worden gevonden. Met deze techniek kunnen ook de lenzen zelf worden bestudeerd en daarmee de voor telescopen onzichtbare donkere materie waar 80% van het heelal uit bestaat. De eerste dataset van het project is voor verder onderzoek vrijgegeven aan de astronomische gemeenschap. Bron: Nova.