9 augustus 2022

VLT zie sterrenstelsels in optrekkende kosmische mist

Impressie van sterrenstelsels in het tijdperk van de reïonisatie. Credit: ESO/M. Kornmesser

Een internationaal team van astronomen heeft de VLT als tijdmachine gebruikt, om terug te kijken in het vroege heelal en enkele van de verste sterrenstelsels die we kennen waar te nemen. Het is hen gelukt om de afstanden van de stelsels nauwkeurig te meten. Uit die metingen blijkt dat we deze stelsels zien zoals ze 780 miljoen tot een miljard jaar na de oerknal waren. De nieuwe waarnemingen maken het mogelijk om de gebeurtenissen in het zogeheten reïonisatietijdperk op een rijtje te zetten. Tijdens deze fase trok de mist van waterstofgas in het jonge heelal op, waardoor ultraviolet licht zich voor het eerst ongehinderd door de ruimte kon voortplanten (zie de video hieronder, om daar een indruk van te krijgen). De nieuwe resultaten, die zullen verschijnen in The Astrophysical Journal, zijn gebaseerd op een lange systematische zoektocht naar verre sterrenstelsels, die de afgelopen drie jaar met de VLT is uitgevoerd. ‘Archeologen kunnen het verleden reconstrueren aan de hand van de voorwerpen die ze in verschillende bodemlagen vinden. Astronomen kunnen een stapje verder gaan: wij kunnen rechtstreeks in het verre verleden kijken en het zwakke licht van verre sterrenstelsels in verschillende ontwikkelingsstadia waarnemen,’ legt projectleider Adriano Fontana van de sterrenwacht van Rome (INAF-OAR) uit. ‘De verschillen tussen de sterrenstelsels vertellen ons iets over de veranderende omstandigheden in het heelal ten tijd van deze belangrijke periode, en de snelheid waarmee deze veranderingen zich hebben voltrokken.’ De verschillende chemische elementen zenden op karakteristieke golflengten helder licht uit. Deze helderheidspieken worden emissielijnen genoemd. Een van de sterkste emissielijnen in het ultraviolet is de Lyman-alfalijn, die afkomstig is van waterstofgas. Deze is helder en herkenbaar genoeg om zelfs bij zwakke, verre sterrenstelsels waarneembaar te zijn. De detectie van de Lyman-alfalijn van vijf zeer verre sterrenstelsels maakte twee belangrijke metingen mogelijk. Door te meten hoe ver deze lijn naar de rode kant van het spectrum was opgeschoven, konden de astronomen de afstanden van de stelsels bepalen, waaruit volgt hoe kort na de oerknal deze worden waargenomen.  Dit maakte het mogelijk om de sterrenstelsels op chronologische volgorde te zetten, wat inzicht geeft in de evolutie van het licht van de stelsels. Daarnaast konden zij zien in welke mate de uitgezonden Lyman-alfastraling – die afkomstig is van het gloeiende waterstofgas tussen de stelsels – op verschillende momenten in de kosmische geschiedenis weer werd geabsorbeerd door de mist van neutraal waterstofgas in de intergalactische ruimte.

Tussen de eerste en de laatste stelsels in onze steekproef is een groot verschil te zien in de absorptie van ultraviolet licht,’ zegt hoofdauteur Laura Pentericci van de INAF sterrenwacht van Rome. ‘Toen het heelal pas 780 miljoen jaar oud was, vulde het neutrale waterstofgas nog tien tot vijftig procent van het volume van het heelal. Maar slechts tweehonderd miljoen jaar later was de hoeveelheid neutrale waterstof al tot een zeer laag niveau gedaald – tot ongeveer de huidige waarde. Het lijkt erop dat de reïonisatie sneller is gegaan dan astronomen tot nu toe dachten.‘ Uit de waarnemingen blijkt niet alleen hoe snel de kosmische mist is opgetrokken, ook is de waarschijnlijke bron van ultraviolette straling ontdekt die de energie voor het reïonisatieproces heeft geleverd. Er bestaan verschillende theorieën over de oorsprong van deze intense straling: de belangrijkste kandidaten zijn de eerste generatie van sterren en de hete materie die door zwarte gaten wordt opgeslokt. ‘De gedetailleerde analyse van het zwakke licht van twee van de verste sterrenstelsels die we hebben gevonden, wijst erop dat de eerste generatie van sterren aan de waargenomen energieproductie kan hebben bijgedragen,’ zegt teamlid Eros Vanzella van de INAF sterrenwacht van Triëst. ‘Deze jonge, zware sterren – vijfduizend keer zo jong en honderd keer zo zwaar als de zon – kunnen in staat zijn geweest om de oermist op te lossen en doorzichtig te maken.‘ De zeer nauwkeurige metingen die nodig zijn om deze hypothese te bevestigen of te ontkrachten, en aan te tonen dat de eerste sterren de benodigde energie konden leveren, kunnen alleen worden gedaan met een ruimtetelescoop of met de toekomstige European Extremely Large Telescope die, als hij begin volgend decennium is voltooid, het grootste oog op de hemel ter wereld zal zijn. Het onderzoek van deze vroege periode in de kosmische geschiedenis is heel moeilijk, omdat het nauwkeurige waarnemingen van extreem verre en zwakke sterrenstelsels vereist, die alleen met de allergrootste telescopen kunnen worden gedaan. Voor dit onderzoek heeft het team het grote lichtopvangend vermogen van de 8,2-meter VLT gebruikt om spectroscopische waarnemingen te doen van sterrenstelsels die zijn opgespoord met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA en op lang belichte opnamen van de VLT zelf. Bron: ESA.

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: