De derde en vierde regenboog. Credit: Michael Theusner/Applied Optics
Dat we boven de gewone regenboog af en toe een tweede, minder heldere regenboog aantreffen zal niemand vreemd voorkomen. Dat in zeldzame gevallen ook een derde regenboog zichtbaar is zal minder bekend zijn. Helemaal zeldzaam zijn de gevallen dat een vierde regenboog zichtbaar is. 😯 De tweede regenboog ontstaat door dubbele terugkaatsing van zonlicht in druppels. Een driedubbele terugkaatsing kan tot de derde boog leiden en – ja goed geraden – een vierdubbele terugkaatsing zal een vierde, zeer lichtzwakke regenboog opleveren. Met iedere extra weerspiegeling in de druppel gaat licht verloren en daardoor zal iedere volgende regenboog lichtzwakker zijn. Die vierde boog is vermoedelijk ook de laatste boog die in het vrije veld zichtbaar is, al heeft men in het laboratorium bij ideale omstandigheden bogen tot de 200e ‘orde’ kunnen waarnemen. De volgorde van kleuren van de eerste en derde regenboog zijn gelijk aan elkaar [1]Van buiten naar binnen: rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet., die van de tweede en vierde zijn – voor zover je nog kleuren ziet – omgedraaid. Wat blijkt nu: de Duitser Michael Theusner is er in geslaagd om zo’n derde én vierde regenboog te fotograferen, zoals je hier links kan zien. Eh… je leuk, die vage boogjes, maar dat zijn toch twee regenbogen en geen vier? Yep, wat je op de foto ziet zijn de derde en vierde regenboog, vlakbij de zon. Door de richting van de terugkaatsing zijn de derde en vierde boog niet tegenover de zon te vinden, zoals het geval is bij de eerste en tweede boog, maar BIJ de zon. En Theusner kon ze niet alle vier tegelijk op de foto krijgen. Tsja, had ‘ie maar een fish-eye lens bij zich moeten hebben. Hij heeft er overigens in het vakblad Applied Optics een artikel over geschreven, voor de geïnteresseerden. Bron: New Scientist.
Is dit prachtige spiraalpatroon het resultaat van een galactisch verkeersongeluk? Credit: NASA/JPL.
Een recent onderzoek heeft uitgewezen dat spiraalstelsels hun vorm te danken hebben aan botsingen met dwergstelsels. Wetenschappers van de Universiteit van Pittsburgh hebben een computersimulatie ontwikkeld om het effect van dit soort botsingen op de Melkweg te onderzoeken. Het blijkt dat het spiraalpatroon van onze Melkweg te danken kan zijn aan een botsing met het Sagittarius Dwergstelsel, een satelliet van ons thuissterrenstelsel.
Het is een bekend feit dat Sagittarius ongeveer 1.9 miljard jaar geleden in botsing is gekomen met de Melkweg. Vervolgens is het dwergstelsel over de “noordpool” van ons sterrenstelsel gevlogen, om 900 miljoen jaar geleden opnieuw in botsing te komen. Op dit moment is Sagittarius op de terugweg en zal over 10 miljoen jaar (voor sterrenkundigen is dat “morgen”) voor de derde keer in botsing komen.
Deze botsingen moeten een behoorlijke invloed hebben gehad op de Melkweg. Hoe groot die invloed is geweest, was totnogtoe onduidelijk. Dat heeft vooral te maken met het feit dat de hoeveelheid donkere materie in Sagittarius (en derhalve diens volledige massa) moeilijk te berekenen is. Wetenschappers van de Universiteit van Pittsburgh hebben gebruik gemaakt van de laatste schattingen van de massa van Sagittarius om een simulatie te creëren, die de effecten van de botsingen accuraat in beeld moet brengen.De simulatie begint met de Melkweg als een platte schijf van gas en sterren, met een centrale balk in het midden. Alle sterren draaien keurig cirkelvormige banen rondom het centrum van de Melkweg. Na de eerste botsing met Sagittarius gaan de omloopbanen van sommige sterren veranderen. Er ontstaat een verscheidenheid aan ellipsvormige omloopbanen, die op bepaalde plaatsen samenkomen tot dichte klonters van sterren en gas in de vorm van een spiraal. Na de tweede botsing ontstaat er een spiraalpatroon dat opmerkelijke overeenkomsten vertoont met het patroon dat daadwerkelijk is waargenomen. Tegelijkertijd blijft de centrale balk in de simulatie behouden, eveneens precies zoals daadwerkelijk is waargenomen. De botsingen genereren ook ringachtige structuren rondom de Melkweg. Je raadt het al: ook deze zijn daadwerkelijk waargenomen (de zogenaamde Monoceros-ring is een goed voorbeeld). Het is een bekend feit dat botsingen tussen sterrenstelsels aan de orde van de dag zijn. Verder vermoed men al langer dat spiraalstelsels ontstaan door het samenkomen van vele kleinere stelsels én dat spiraalstelsels blijven doorgaan met het opslokken van dwergstelsels. Dat betekent dat de resultaten van het onderzoek niet alleen gevolgen hebben voor onze kennis omtrent het ontstaan van de Melkweg, maar voor het ontstaan van spiraalstelsels in het algemeen.
Het is wat met die kometen. Op 4 november 2010 scheerde de sonde EPOXI – voorheen bekend als Deep Impact – op 694 km afstand voorbij de komeet 103P/Hartley 2. Dat het een hyperactieve ‘ADHD’ komeet is, dat wisten we al uit de analyses van die scheervlucht, maar nu blijkt ook nog eens dat de komeet eigenlijk een ‘samensmelting’ is van twee kometen. Hartley 2 heeft een pindavorm – sommigen zien er ook wel een hondenbot in, kijk zelf maar waar je voorkeur naar uitgaat – en de twee helften zouden oorspronkelijk aparte komeetkernen zijn geweest. Beelden van de dichtste nadering wezen uit dat verschillende regio’s van de komeetkern straalstromen vol water en kooldioxide uitstoten, meer dan kometen gewoonlijk doen. Het water was vooral afkomstig van het dunne, middelste gedeelte van de kern van Hartley 2, terwijl de kooldioxide er aan de uiteinden uitspoot. Met name het kleine uiteinde spuit meer kooldioxide uit dan het grote uiteinde. De grote knobbel zou wel eens anders van samenstelling kunnen zijn dan de kleine knobbel en dat leidt tot de suggestie dat de twee helften oorspronkelijk gescheiden waren. Ergens in de beginperiode van het zonnestelsel kwamen de twee komeetkernen door hun gravitationele werking bij elkaar en kwamen ze aan elkaar vast te zitten. Langzaam vulde de ruimte tussen de twee kometen en dat werd het dunne, middelste gedeelte van Hartley 2. In de foto’s hierboven – gemaakt met het High Resolution Instrument (HRI) aan boord van EPOXI – zie je waar zich op de grote knobbel veel ijs bevindt, de blauwe gebieden. De roze gebieden zijn warm en bevatten geen ijs. Bron: Science Daily.
Door Subaru onderzochte type Ia supernovae. Credit: NAOJ
Je zou het een merkwaardig toeval kunnen noemen: op de dag dat het Nobelcomité bekendmaakt dat drie onderzoekers van type Ia supernovae de Nobelprijs voor de natuurkunde krijgen wordt ook bekend dat sterrenkundigen op grond van waarnemingen met de Subaru telescoop op Hawaï denken dat deze supernovae ontstaan door botsende witte dwergen. Da’s best wel nieuws, want tot nu toe was de algemene gedachte dat type Ia supernovae ontstaan als één witte dwerg een ‘gewone’ reuzenster als partner heeft en vanaf die partner vanwege de sterke aantrekkingskracht materie naar de dwergster stroomt. Als op een gegeven moment de massa van de witte dwerg de zogenaamde limiet van Chandrasekhar overschrijdt – da’s ongeveer 1,4 keer de massa van de zon, een limiet die ooit berekend werd door de Indische sterrenkundige Chandasekhar – wordt een kritische grens overschreden en treedt een thermonucleaire reactie op, waarbij de gehele ster uit elkaar barst. Een nieuwe studie van 150 type Ia supernovae in sterrenstelsels tussen de 5 tot 10 miljard jaar van de aarde laat zien dat dit single-degenerate model – met één gedegenereerde ster = de witte dwerg – vermoedelijk minder vaak voorkomt en dat de meeste supernovae van dit type double-degenerates zijn, d.w.z. met twee witte dwergen, die tegen elkaar geknald zijn en daardoor exploderen. Een model dat ook al een paar jaar oud is. Het blijkt verder dat het aantal supernovae 5 tot 10 miljard jaar geleden vijf keer zo hoog was als nu, vermoedelijk omdat er vroeger meer zonachtige sterren waren, die evolueerden tot witte dwergen. Op de afbeelding zie je een stukje van de Subaru Deep Field, een diepe blik op het heelal, met daarop enkele van de gevonden en onderzochte supernovae. De sterrenkundigen, die onder leiding stonden van Dovi Poznanski (o.a. Lawrence Berkeley National Laboratory), benadrukken dat hun conclusies niet betekend dat de drie Nobelprijswinnaars Schmidt, Perlmutter en Riess het bij het verkeerde eind hadden. Hun onderzoek uit 1998, waarbij ze aan de hand van type Ia supernovae ontdekten dat het heelal versneld uitdijt, staat los van de vraag HOE deze supernovae ontstaan. Bron: Keck Observatorium.
Euclid, de Europese missie die donkere energie gaat bestuderen. Credit: ESA/C. Carreau
Nog even doorgaan op waar ik net over blogde, namelijk de Euclid missie, die samen met de Solar Orbiter is goedgekeurd als wetenschappelijke missie en die bedoeld is om in 2019 te worden gelanceerd – op jacht naar de mysterieuze donkere energie. Nederland gaat namelijk een belangrijke rol spelen bij de bouw van het grond-segment van deze ruimtemissie. Bij de Europese missie zijn meer dan 110 instituten en ruim 800 wetenschappers betrokken. Nederland speelt een hoofdrol bij het opzetten van het Euclid Mission Archive (EMA) waarin alle wetenschappers zullen (samen)werken. Het is een ‘smart archive’: een kennisbank en dataverwerkingssysteem in één. Centrale vestigingen zullen komen in Groningen en bij ESA-Madrid. Bij het EMA komen alle gegevens binnen, niet alleen die van de Euclid-satelliet zelf, maar ook van de grote surveys vanaf de grond die zich dit decennium richten op donkere materie en donkere energie, waaronder het door Nederland geleide KiDS survey, de Dark Energy Survey en Pan-STARRS. Alle van de ingestroomde informatie afgeleide resultaten blijven binnen het systeem, zodat het een optelsom van steeds hoogwaardiger informatie wordt. De bouw van zo’n slim archief is een enorme uitdaging, zegt Edwin Valentijn (Rijksuniversiteit Groningen/Expertisecentrum Target). “Het betreft een gigantische hoeveelheid complexe data, niet alleen van Euclid zelf, maar ook van de andere kosmologie-surveys die als een soort opmaat voor Euclid kunnen worden gezien.” Euclid is een optische/nabij infrarood telescoop, en gaat de vorm en verdeling van zo’n 2 miljard melkwegstelsels in kaart brengen om zo meer te weten te komen over de onbekende donkere energie en donkere materie waaruit het heelal voor zo’n 70% resp. 25% lijkt te bestaan. Donkere energie wordt verantwoordelijk gehouden voor de versnelde uitdijing van het heelal. Euclid zal door de vorm en verdeling van deze stelsels te meten, kunnen afleiden wat donkere energie is en of de relativiteitstheorie ook op schalen van miljarden lichtjaren blijft gelden. De satelliet wordt uitgerust met een optische camera (VIS) en een nabij-infraroodcamera en spectrometer (NISP). Euclid gaat met ongekende precisie grootschalig waarnemen. “Dat maakt de telescoop een soort all-sky Hubble”, zegt Huub Rottgering (Sterrewacht Leiden). Het bijeenbrengen van de resultaten van Euclid en de voorlopers vanaf de grond biedt ongekende mogelijkheden voor nieuw sterrenkundig onderzoek. “De ‘legacy value’ van de Euclid-missie is enorm: van exoplaneten tot aan het vroegste heelal”, voegt Gijs Verdoes Kleijn (Rijksuniversiteit Groningen/ Target) daaraan toe. Bron: Nova.
De Europese ruimtevaartorganisatie ESA heeft vandaag laten weten dat in het kader van ESA’s Cosmic Vision 2015-2025 Plan twee nieuwe wetenschappelijke missies zijn goedgekeurd: de Solar Orbiter en Euclid. In 2017 respectievelijk 2019 moeten de missies worden gelanceerd. De Solar Orbiter missie is bedoeld om met een sonde erg dichtbij de zon te komen en daar vandaan de zonnewind te observeren, de stroom geladen deeltjes die de zon op gezette tijden de ruimte in spuwt en die problemen kunnen opleveren voor satellieten, energiecentrales en het communicatieverkeer op aarde. De sonde zal in 2017 vanaf Cape Canaveral in Florida worden gelanceerd met een door de NASA geleverde Atlas draagraket. De andere missie – Euclid – is bedoeld om door studie aan ver weg verwijderde sterrenstelsels de grote structuur van het heelal te doorgronden. Met name de donkere energie, die de stuwende kracht achter de versnelde uitdijing van het heelal is, zal door Euclid worden bestudeerd. Vandaag werden drie sterrenkundigen voor hun onderzoek aan supernovae en daarmee aan de ‘vondst’ in 1998 van donkere energie beloond met de Nobelprijs voor de natuurkunde, te weten Saul Perlmutter, Brian Schmidt en Adam Riess. Van Euclid zijn op dit moment nog diverse modellen – zie de afbeelding hierboven rechts – waar nog een definitieve keuze tussen moet worden gemaakt. De sonde zal in 2019 met een Russische Soyuz draagraket worden gelanceerd vanaf lanceerbasis Kourou in Frans-Guyana. Bron: ESA.
OK…..het is een tikkie vaag ende zwak….maar toch, ik heb “em”…..Het zogenaamde illustere “Stephan’s Quintet”…….een groep van vier (of toch vijf??) vrij zwakke
Een type Ia supernovae. Het gaat om SN 1994D (linksonder) in NGC 4526. Credit: High-Z Supernova Search Team/HST/NASA
De Nobelprijs voor Natuurkunde gaat dit jaar naar de Amerikanen Saul Perlmutter en Adam Riess en de Australiër Brian Schmidt. Zij krijgen de onderscheiding voor hun onderzoek aan exploderende witte dwergen, die als type Ia supernovae in andere sterrenstelsels te zien zijn. Dat heeft de Zweedse Academie voor Wetenschappen vandaag bekendgemaakt. Riess en Schmidt werkten in het High-z Supernova Search Team en Perlmutter in het Supernova Cosmology Project en deze teams ontdekten in 1998 aan de hand van de waarnemingen aan supernovae dat de expansie van het heelal steeds sneller gaat. De twee teams waren gestart met het idee om te kijken of het mogelijk zou zijn om te zien of het heelal constant uitdijt of dat er een vertraging zichtbaar is, als gevolg van de zwaartekracht. Door de type Ia supernovae als ‘standaard-kaars‘ te gebruiken kon men de afstand van de sterrenstelsels waarin ze explodeerden bepalen. De uitkomst was heel verrassend de waargenomen versnelling, zoals af te lezen valt uit de volgende grafiek:
Credit: S. Perlmutter et al.
Credit: Nobelprize Comité.
Dat bracht de sterrenkundigen vervolgens op de zogenaamde donkere energie, een geheimzinnige karaktereigenschap van de ruimte en tijd zelf, die een afstotende werking heeft, tegengesteld aan de aantrekkende zwaartekracht. Bijna drie kwart van de gehele massa-energie van het heelal zou gevormd worden door de donkere energie, bijna een kwart wordt door donkere materie gevormd en de rest bestaat uit ‘gewone’ materie – lees: sterren, planeten, gasnevels, etc… Soms komen type Ia supernova ook voor in sterrenstelsels die dichtbij liggen, zoals in augustus nog het exemplaar dat in M101 in het sterrenbeeld Grote Beer kaboem zei. De drie winnaars ”hebben een heelal blootgelegd dat grotendeels onbekend was voor de wetenschap”, verklaarde de jury haar keuze. Aan de Nobelprijs voor Natuurkunde is een bedrag van bijna 1,1 miljoen euro verbonden. De helft van het bedrag gaat naar Perlmutter. Het andere deel is voor Riess en Schmidt. Hieronder zie je de drie winnaars, van links naar rechts Riess, Schmidt en Perlmutter. Bron: Nobelprize.org.
Bewerkte afbeelding van Markarian 509, gemaakt door de Hubble Space Telescope. De heldere kern van het sterrenstelsel rond het superzware zwarte gat is veel lichter dan de rest van het sterrenstelsel. Sterke winden bewegen zich van de kern af (Credit: MAST/SRON)
Superzware zwarte gaten in het hart van actieve sterrenstelsels slokken grote hoeveelheden gas op. Hierbij morsen ze veel ‘voedsel’, dat wordt afgestoten in een turbulente uitstroom van gas. Een internationaal team van sterrenkundigen heeft nu voor het eerst een paar bijzondere eigenschappen van zo’n ‘uitbarsting’ blootgelegd. Ze vonden boven het zwarte gat een ‘corona’ van heet gas die UV-straling omzet in röntgenstraling. Ook ontdekten ze koude ‘gaskogels’ in heter diffuus gas die met een snelheid van tot 700 km/s wegschieten van het zwarte gat. In tegenstelling tot wat veel mensen denken wordt niet alle materie rond een zwart gat opgeslokt. Op hun reis naar binnen zenden het gas en stof grote hoeveelheden röntgen- en ultraviolette straling uit. Deze straling kan zo sterk zijn dat een deel van het binnenstromende gas wordt omgeleid. Dit veroorzaakt winden die zich met een snelheid van vele honderden kilometers per seconde van het zwarte gat af bewegen. Zie hieronder de animatiefilm A journey into black hole winds (Virginia Tech) voor een indruk van dit proces.
Een internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van SRON-onderzoeker dr. Jelle Kaastra kreeg de gelegenheid om zo’n extreem fenomeen te bestuderen bij een van de helderste superzware gaten die we kennen. Dit ‘monster’ in het ver weg gelegen sterrenstelsel Markarian 509 heeft een massa van meer dan 300 miljoen keer de massa van de Zon. Het zwarte gat van Markarian 509 is omringd door een gasschijf die helder ultraviolet licht uitstraalt. Deze ultraviolet-emissies variëren, maar hangen samen met emissies van zeer energierijke röntgenstraling (meer dan 100 keer zoveel energie als zichtbaar licht). “De enige manier om dat te verklaren is door aan te nemen dat er een ‘corona’ van heet gas boven de schijf hangt,” zegt Jelle Kaastra. “Deze corona – die een temperatuur van enkele miljoenen graden moet hebben – absorbeert en verwerkt het ultraviolette licht van de schijf, en zet de ultraviolette straling om in röntgenstraling. Door het gebied rond het zwarte gat met vijf ruimtetelescopen te bestuderen, waardoor we het gebied zeer gedetailleerd in kaart konden brengen, ontdekten we inderdaad zo’n corona van heet gas boven de schijf. Deze ontdekking werpt nieuw licht op waarnemingen van actieve sterrenstelsels die tot nu toe moeilijk te verklaren waren.”
Koude ‘gaskogels’
Dankzij een röntgenspectrum van de door SRON ontwikkelde Reflectie Tralie Spectrometer (RGS) aan boord van de ruimtetelescoop XMM Newton, het beste spectrum dat van de uitstroom van een superzwaar zwart gat is gemaakt, komen nu ongekende details aan het licht over de gasrijke omgeving. Zo is het nu voor het eerst mogelijk om te laten zien dat de naar buiten gerichte winden bestaan uit vijf verschillende componenten, met temperaturen die variëren van 20.000 tot 1 miljoen graden. Dankzij een ultraviolet spectrum van de Cosmic Origins Spectograph van de Hubble Space telescope (NASA/ESA) weten we nu dat het koelste gas in de kijkrichting van Markarian 509 veertien verschillende snelheden heeft in de kern van het sterrenstelsel. Tot dusver waren niet meer dan zeven verschillende snelheden gemeten. straling tonen aan dat het grootste deel van het zichtbare gas dat van het zwarte gat wegschiet, afkomstig is van een stofrijke ring van gas om het centrum van het gebied. Deze ring staat op een afstand van meer dan 15 lichtjaar van het zwarte gat. De uitstroom bestaat uit dichte, koude “gaskogels” ingebed in heter diffuus gas. Kaastra: “Zelfs bij een afstand van 15 lichtjaar blaast de energie die vlakbij het zwarte gat vrijkomt nog gas weg van de stofrijke ring die de schijf met het invallend gas omgeeft.” Verder naar buiten zien we de handtekening van het interstellaire gas van het gaststelsel. Dit gas is sterk geïoniseerd door de röntgenstraling die het zwarte gat in de kern uitzendt: atomen raken sommige of de meeste van hun elektronen kwijt als ze worden belicht door de krachtige röntgenstraling. Nog verder weg, op honderdduizenden lichtjaren, schijnt het röntgenlicht door gas dat met een snelheid van 200 km/s naar Markarian 509 toevalt. Dit gas wijst wellicht op een botsing met een kleiner sterrenstelsel in het verleden, wat Markarian 509 kan hebben geactiveerd.
Ruimtetelescopen
De sterrenkundigen deden hun waarnemingen met vijf grote ruimtetelescopen tijdens een campagne in de tweede helft van 2009. De basis werd gevormd door herhaalde waarnemingen van de ruimtetelescopen XMM Newton en INTEGRAL, die Markarian 509 zes weken lang in zichtbaar licht, röntgenstraling en gammastraling observeerden. Dit werd gevolgd door lange röntgenwaarnemingen met de Chandra-ruimtetelescoop (NASA), die gebruikmaakt van de door SRON ontwikkelde lage-energie transmissietralie, en van de nieuwe Cosmic Origin Spectograph van de Hubble Space Telescope. Voorafgaand aan al deze waarnemingen nam de Swift-satelliet op alle golflengten kiekjes van het zwarte gat en zijn omgeving om het gedrag van de bron in kaart te brengen. Door alle waarnemingen te combineren, verkregen de sterrenkundigen veel nieuwe informatie over de kern van een actief sterrenstelsel. Midden in de campagne kwam het zwarte gat tot een ‘uitbarsting’. De natuurkundige veranderingen als gevolg van de uitbarsting waren zichtbaar in een groot deel van het elektromagnetisch spectrum, van zichtbaar licht tot in röntgenstraling. Bron: SRON.
De Antennestelsels, gefotografeerd door Credits: ALMA. (NRAO/AUI/NSF), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), HST (NASA, ESA, and B. Whitmore (STScI)); Davide de Martin, NASA; W. Garnier, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
De meest complexe sterrenwacht ter wereld, de nog in aanbouw zijnde Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), is officieel door astronomen in gebruik genomen. De eerste vrijgegeven ‘first light’ opname van de zogenaamde Antennestelsels – hier in origineel formaat (76 Mb) – geeft een beeld van het heelal zoals dat met normale en infraroodtelescopen niet te zien is. Duizenden wetenschappers van over de hele wereld hebben met elkaar gewedijverd om bij de eerste onderzoekers te horen die met dit nieuwe astronomische instrument de donkerste, koudste, verste en best verborgen geheimen van de kosmos mogen onderzoeken. Momenteel is ongeveer een derde van de 66 radioantennes waaruit ALMA uiteindelijk zal bestaan gereed. Deze staan verspreid over een afstand van maximaal 125 meter op de Chajnantor-hoogvlakte in het noorden van Chili, vijfduizend meter boven zeeniveau. Pas in een later stadium zal het verspreidingsgebied worden uitgebreid tot maximaal zestien kilometer. Maar nu al is ALMA de beste telescoop in zijn soort, wat verklaart waarom zo buitengewoon veel astronomen een verzoek om waarnemingstijd hebben ingediend. ALMA ontvangt millimeter- en submillimetergolven uit het heelal – straling met golflengten die ruwweg duizend keer zo lang zijn als die van zichtbaar licht. Deze lange golflengten stellen astronomen in staat om extreem koude objecten in de ruimte te onderzoeken, zoals de dichte wolken van kosmisch stof en gas waaruit sterren en planeten ontstaan. Ook kunnen met ALMA zeer verre objecten in het jonge heelal worden waargenomen. ALMA verschilt sterk van gewone en infraroodtelescopen. Het is een opstelling van onderling verbonden schotelantennes die als één grote telescoop fungeren. Doordat de waargenomen straling veel langgolviger is dan zichtbaar licht, zien de beelden die ALMA maakt er heel anders uit dan de vertrouwde fotografische opnamen van de kosmos. In voorbereiding op de eerste ronde van wetenschappelijke waarnemingen, de zogeheten Early Science-fase, is het ALMA-team de afgelopen maanden druk bezig geweest met het testen van de systemen van de nog onvoltooide sterrenwacht. Een van de resultaten van die tests is de eerste ALMA-opname die wordt gepubliceerd. De meeste waarnemingen die werden gebruikt om deze opname van de zogeheten Antennestelsels te maken, zijn met slechts twaalf antennes tegelijk gedaan – veel minder dan er zullen worden ingezet bij de eerste wetenschappelijke waarnemingen, waarbij de afstanden tussen de antennes bovendien veel verder groter zullen zijn. Door deze beperkingen moet de nieuwe opname vooral als een voorproefje worden gezien. Naarmate het aantal beschikbare antennes stijgt en hun onderlinge afstanden worden vergroot, zal de scherpte, gevoeligheid en kwaliteit van de ALMA-waarnemingen sterk toenemen.
De Antennestelsels zijn twee vervormde sterrenstelsels die met elkaar in botsing zijn. Waar we op zichtbare golflengten de sterren van beide stelsels zien, toont ALMA ons iets wat in zichtbaar licht niet waarneembaar is: de wolken van dicht, koud gas waaruit nieuwe sterren ontstaan. Dit is de beste submillimeter-opname die ooit van deze stelsels is gemaakt. Niet alleen in de kernen van de beide sterrenstelsels zijn sterke gasconcentraties te zien, ook in het chaotische gebied waar ze elkaar treffen. Hier bevindt zich een gasvoorraad van miljarden zonsmassa’s – een rijk reservoir van materiaal voor toekomstige generaties van sterren. Waarnemingen als deze openen een nieuw venster op het submillimeter-heelal en geven meer inzicht in het verband tussen intergalactische botsingen en de vorming van nieuwe sterren. Dit is slechts een van de voorbeelden van hoe ALMA ons aspecten van het heelal kan laten zien die niet waarneembaar zijn met gewone en infraroodtelescopen. In deze eerste Early Science-fase van ALMA, die negen maanden duurt, was ruimte voor een honderdtal projecten. De afgelopen maanden hebben gretige astronomen van over de hele wereld echter ruim negenhonderd waarnemingsvoorstellen ingediend. Zo’n negenvoudige overtekening is ongekend voor een nieuwe telescoop. De geselecteerde projecten zijn uitgekozen op basis van hun wetenschappelijke merites, hun regionale diversiteit en hun relevantie voor de belangrijkste wetenschappelijke doelstellingen van ALMA. “We zijn getuige van een onvergetelijk moment in de geschiedenis van de wetenschap en het astronomische onderzoek, ja zelfs in de geschiedenis van de mensheid”, zegt Thijs de Graauw, directeur van ALMA. Er zijn drie waarnemingsvoorstellen gehonoreerd die door Nederlandse sterrenkundigen worden geleid. “Ons land heeft daarmee internationaal gezien zeer goed gescoord”, zegt Michiel Hogerheijde, programma-directeur van Allegro, het ALMA-expertisecentrum voor Nederland. “Daarnaast zijn Nederlandse sterrenkundigen betrokken bij een flink aantal internationale projecten, en we zien er naar uit om hen te assisteren met de verwerking en interpretatie van hun ALMA-gegevens.” Allegro is onderdeel van een Europees netwerk van expertisecentra, het zogenoemde European ALMA Regional Center, en neemt onder andere deel aan het testen van ALMA in Chili. Een van de drie Nederlandse projecten wordt geleid door ágnes Kóspál, verbonden aan de Sterrewacht Leiden. Samen met haar internationale team gaat zij ALMA gebruiken om te speuren naar gas rondom de 30 miljoen jaar oude ster HD 21997. “Ons doel is te achterhalen of dit gas overgebleven is van de vorming van de ster, of dat het voortdurend aangevuld wordt door de verdamping van planetoïden en kometen. ALMA zal ons veel kunnen vertellen over de processen die zich 4,5 miljard jaar geleden ook in de omgeving van de pasgevormde zon hebben afgespeeld”, licht Kóspál toe.
Credits: (NRAO/AUI/NSF), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), HST (NASA, ESA, and B. Whitmore (STScI)); Davide de Martin, NASA; W. Garnier, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Het tweede grote ALMA-project met een Nederlandse Principal Investigator (PI) is dat van de kersverse Spinozapremie-laureaat Heino Falcke van de Radboud Universiteit in Nijmegen. Op 26.000 lichtjaar van ons vandaan, in het centrum van ons melkwegstelsel, bevindt zich Sagittarius A*, een superzwaar zwart gat dat vier miljoen keer zoveel massa bevat als onze zon. Het zicht op dit object wordt door gas en stof aan onze optische telescopen onttrokken. ALMA kan echter door deze galactische mist heen kijken en ons een intrigerende blik op Sagittarius A* bieden. Falcke: “ALMA zal ons de lichtflitsen laten zien die uit de omgeving van dit superzware zwarte gat komen, en opnamen maken van het gas dat in de greep is van zijn immense aantrekkingskracht. Dat stelt ons in staat om de slordige eetgewoonten van dit monster te bestuderen. We vermoeden dat een deel van het gas met bijna de snelheid van het licht aan zijn greep ontsnapt” De Leidse sterrenkundige en Spinozapremiewinnaar Ewine van Dishoeck is bij vijf waarneemvoorstellen betrokken, en zal er één als PI leiden. Van Dishoeck gaat met haar team kijken naar de gaten in stofschijven rond jonge sterren, waarin planeten waarschijnlijk op dit moment worden gevormd. De vraag is hoeveel gas er nog in die gaten zit en of het voldoende is om nog een of meerdere reuzeplaneten te vormen. Daarbij wordt niet alleen de fysica bestudeerd, maar ook de chemische samenstelling van het gas. “Dit onderzoek kan alleen gedaan worden met de in Nederland gebouwde zeer gevoelige Band 9-ontvangers in de ALMA-antennes”, zegt Van Dishoeck. Eerdere waarnemingen met het infrarood-instrument VISIR op de Very Large Telescope in Chili lieten al zien dat sommige van die gaten nog grote hoeveelheden polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) bevatten. Van Dishoeck wil de vraag beantwoorden of dit betekent dat er ook andere (complexe) moleculen aanwezig zijn.
Kosmisch stof en koud gas markeren structuren binnen sterrenstelsels, zelfs als we die sterrenstelsels niet duidelijk kunnen zien. Aan de grenzen van het voor ons waarneembare heelal bevinden zich de mysterieuze starburst-stelsels – heldere eilanden in een verder rustig en donker heelal. ALMA zal daar gaan jagen op sporen van koud gas en stof die teruggaan tot een paar honderd miljoen jaar na de oerknal, een tijd die astronomen de ‘kosmische dageraad’ noemen. Tijdens de Early Science-waarnemingen zal hoog op de afgelegen Chajnantor-hoogvlakte in de dorre Atacamawoestijn in de Chileense Andes gewoon worden doorgewerkt aan ALMA. Stuk voor stuk zullen er nieuwe klimaatbestendige antennes worden toegevoegd, die via glasvezelkabels met de array worden verbonden. De beelden van elke verre antenne worden door een van de snelste voor dit speciale doel ontworpen supercomputers tot één groot beeld samengevoegd. Deze ALMA-correlator kan 17 biljard bewerkingen per seconde uitvoeren. In 2013 zal ALMA bestaan uit 66 uiterst precieze millimeter/submillimeter-schotelantennes, verspreid over een maximaal zestien kilometer groot gebied, die als één telescoop zullen samenwerken. De schotelantennes zijn gebouwd door ALMA’s multinationale partners in Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië. Bron: NOVA.
