21 april 2021

Vroege heelal reïoniseerde door explosieve groei zware sterrenstelsels

De kosmische microgolf-achtergrondstraling, waargenomen door de South Pole Telescope. Credit: South Pole Telescope Collaboration

Gebruikmakend van gegevens die verzameld zijn met de 10 meter South Pole Telescope (SPT) zijn Oliver Zahn (Berkeley Center for Cosmological Physics (BCCP) van de Universiteit van Californië, Berkeley) en zijn collega’s er achter gekomen dat zich in het vroege heelal een explosieve groei moet hebben voorgedaan van zware sterrenstelsels. De sterren in die zware, heldere en actieve sterrenstelsels zorgden er met hun krachtige ultraviolette straling voor dat het waterstofgas in het heelal in steeds groter wordende bellen reïoniseerde, d.w.z. dat de electronen en de protonen scheidden. Door zowel naar de gegevens van de SPT te kijken als van de vroegere WMAP-satelliet konden Zahn en z’n team zien dat die reïonisatie zo’n 250 miljoen jaar na de oerknal begon en 500 miljoen jaar later eindigde. Deze periode van reïonisatie is korter dan men dacht, want eerdere schattingen gaven aan dat de periode 750 miljoen jaar duurde. Men spreekt van re-ionisatie omdat er in de allervroegste fase van het heelal – tussen het moment van de oerknal zelf en zo’n 380.000 jaar erna – door de hoge temperatuur ook sprake was van ionisatie. Pas op het moment dat het heelal door de uitdijing was afgekoeld tot 4000 K konden protonen en electronen combineren, de fase van recombinatie. Sla m’n blog over ionisatie, reïonisatie en on-ionisatie er nog maar eens op na.

De South Pole Telescope, die zich bevindt bij het Amundsen Scott South Pole station op Antarctica. Credit: South Pole Telescope Collaboration

Wat het team van Zahn deed om achter hun ontdekking te komen was niet kijken naar de sterrenstelsels zelf uit die vroege tijd van het heelal, maar naar de zogenaamde kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB), de straling die dateert van dat genoemde moment, 380.000 jaar na de oerknal. Met de SPT kan men in het submillimeter-gebied van het spectrum kijken, hét gebied waar de CMB goed zichtbaar is. Behalve de zéér kleine temperatuursverschillen in die straling van enkele miljoensten van een graad tussen de warmste en koudste delen ervan, kan de SPT ook zien welke invloed de later gevormde zware sterrenstelsels hebben gehad op de CMB. En het is op basis van die informatie dat Zahn en z’n team konden zien dat in een relatief korte periode de sterrenstelsels snel in omvang konden groeien en het gas in het heelal konden reïoniseren. Meer informatie daarover in dit wetenschappelijke artikel, dat 1 september verscheen in The Astrophysical Journal. Bron: Berkeley.

Comments

  1. Olaf van Kooten zegt

    Opmerkelijk en een uitdaging voor de huidige modellen, die stellen dat massieve sterrenstelsels in de loop van de miljarden jaren ontstaan uit samensmeltingen tussen kleinere stelsels. Eigenlijk vormt dit nieuws een bevestiging voor iets wat ik vroeger op AstroStart al vaak gezegd heb: er zijn meerdere manieren om massieve structuren te vormen: bottom-up en top-down. Beide processen gebeuren tegelijkertijd. In het geval van massieve elliptische sterrenstelsels betekent het bottom-up scenario het klassieke model van samensmeltingen. Top-down is dan het in 1 keer inklappen van een gaswolk tot een proto-elliptisch sterrenstelsel, die vervolgens in korte tijd een grote omvang kan bereiken. De jonge massieve stelsels uit het nieuwsbericht zouden dan top-down ontstaan moeten zijn. Maar ach, ik ben ook maar een amateur 😉

    (Bij exoplaneten geldt hetzelfde: sommige Jupiterachtige exoplaneten zijn bottom-up ontstaan dmv de zogenaamde core-accretion, waarbij zich eerst langzaam een enorme rots- en ijsachtige kern vormt, die daarna supersnel enorme hoeveelheden waterstof en helium aantrekt. Andere Jupiterachtige exoplaneten zijn heel snel top-down gevormd: door middel van het snel instorten van een “verstoring” in de protoplanetaire schijf, waarbij heel snel volatiele stoffen zijn samengetrokken tot een proto-Jupiter, die daarna zwaardere rots- en ijsachtige stoffen heeft aangetrokken en in zijn kern heeft verzameld.)

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: