27 september 2021

VLT-waarnemingen van gammaflits onthullen verrassende ingrediënten in vroege sterrenstelsels

Het licht van gammaflitser GRB 090323 schijnt dwars door twee jonge sterrenstelsels. Credit:ESO/L. Calçada

Een internationaal team van astronomen heeft het kortstondige, maar heldere licht van een verre gammaflits gebruikt om de samenstelling van zeer verre sterrenstelsels te onderzoeken. Verrassend genoeg zijn bij de nieuwe waarnemingen, die zijn gedaan met ESO’s Very Large Telescope (VLT), twee sterrenstelsels in het jonge heelal ontdekt die meer zware elementen bevatten dan de zon. De twee stelsels zijn mogelijk bezig om samen te smelten. Zo’n gebeurtenis leidt tot de vorming van veel nieuwe sterren en zou ook gammaflitsen tot gevolg kunnen hebben. Gammaflitsen zijn de helderste explosies in het heelal. Ze worden in eerste instantie opgemerkt door satellieten die de korte uitbarsting van gammastraling detecteren waarmee de flits begint. Nadat zijn positie is vastgesteld, worden onmiddellijk grote telescopen op aarde op de gammaflits gericht. Daarmee wordt in de loop van de daaropvolgende uren en dagen het zichtbare licht en de infraroodstraling van de nagloeiende gammaflits waargenomen. Een van die uitbarstingen, GRB 090323 geheten, werd ontdekt door de gammasatelliet Fermi van NASA. Kort daarna werd hij opgepikt door de röntgendetector van de NASA-satelliet Swift en door het GROND-systeem van de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop in Chili (eso1049), en slechts een dag na de explosie gedetailleerd onderzocht met de VLT. Uit deze waarnemingen blijkt dat het heldere licht van de gammaflits dwars door zijn eigen moederstelsel en een naburig sterrenstelsel is gegaan. Deze sterrenstelsels worden gezien zoals ze ongeveer twaalf miljard jaar geleden waren. Zulke verre sterrenstelsels worden maar heel zelden aangelicht door de gloed van een gammaflits. ‘Toen we het licht van deze gammaflits onderzochten, wisten we niet wat we zouden vinden. Het was een verrassing dat het koele gas in deze twee stelsels in het jonge heelal zo’n bijzondere chemische samenstelling heeft,’ aldus Sandra Savaglio (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland), hoofdauteur van het artikel waarin de nieuwe resultaten zijn opgenomen. ‘Deze sterrenstelsels bevatten meer zware elementen dan ooit eerder is waargenomen bij stelsels in zo’n vroeg evolutiestadium van het heelal. We hadden niet verwacht dat het heelal al zo snel zo chemisch volwassen was.’ Terwijl het licht van de gammaflits de beide sterrenstelsels doorkruiste, fungeerde het daarin aanwezige gas als een filter dat dit licht op bepaalde golflengten absorbeerde. Zonder de gammaflits zouden deze zwakke stelsels niet waarneembaar zijn geweest.

Door het licht van de gammflitser te analyseren op de verschillende absorptielijnen krijgt men een indruk van de chemische samenstelling van de sterrenstelsels. Credit:ESO/L. Calçada

Door de karakteristieke vingerafdrukken die de verschillende chemische elementen in het licht van de gammaflits achterlieten nauwkeurig te analyseren, waren de astronomen in staat om de samenstelling van het koele gas in deze zeer verre sterrenstelsels vast te stellen (zie ook de afbeelding hiernaast). Naar verwachting zouden sterrenstelsels in het jonge heelal minder zware elementen moeten bevatten dan de huidige sterrenstelsels, zoals ons Melkwegstelsel. Deze elementen worden geproduceerd tijdens het leven en de laatste levensfase van sterren, die al doende het gas in hun sterrenstelsel geleidelijk verrijken. Astronomen gebruiken die chemische verrijking als indicatie voor het ontwikkelingsstadium van een sterrenstelsel. Maar de nieuwe waarnemingen laten zien dat sommige sterrenstelsels minder dan twee miljard jaar na de oerknal al heel rijk waren aan zware elementen – iets wat tot voor kort ondenkbaar leek. Het ontdekte tweetal sterrenstelsels moet in een ongekend tempo nieuwe sterren produceren om de snelle chemische verrijking van hun koele gas te kunnen verklaren. Gezien hun kleine onderlinge afstand staan de twee stelsels mogelijk op het punt om samen te smelten. De daarbij optredende botsingen tussen gaswolken zouden kunnen verklaren waarom de beide stelsels zoveel sterren produceren. Ook bevestigen de nieuwe resultaten het idee dat er een verband bestaat tussen gammaflitsen en de grootschalige vorming van zware sterren. De hevige stervorming in sterrenstelsels als deze zou al vroeg in de geschiedenis van het heelal gestopt kunnen zijn. Twaalf miljard jaar later, nu dus, zouden de overblijfselen van deze stelsels grote aantallen stellaire overblijfselen, zoals zwarte gaten en koele dwergsterren, bevatten en mogelijk een moeilijk waarneembare populatie vormen van ‘dode’ sterrenstelsels die nog maar een schim zijn van wat ze vroeger waren. Het opsporen van zulke ‘galactische lijken’ zal niet gemakkelijk zijn. Bron: ESO.

Speak Your Mind

*

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