21 juni 2024

Extragalactisch achtergrondlicht van de afgelopen vijf miljard jaar gemeten

Wat er gebeurt met gammastraling onderweg van een blazar naar de aarde?

Wat er gebeurt met gammastraling onderweg van een blazar naar aarde. Credit: Nina McCurdy and Joel R. Primack/UC-HiPACC; Blazar: Frame from a conceptual animation of 3C 120 created by Wolfgang Steffen/UNAM

Het heelal is gevuld met vele objecten die licht in verschillende golflengtes uitzenden, sterren, gas- en stofnevels, planeten, enzovoorts, allemaal verzameld in gigantische sterrenstelsels. Al dat licht varieert van radiogolflengtes tot gammastraling en verspreid zich via fotonen – lichtdeeltjes – kriskras door het heelal. Tel al die lichtdeeltjes bij elkaar op en je krijgt een diffuse achtergrond die de sterrenkundigen de extragalactic background light (EBL) noemen, de extragalactische achtergrond, zoals wij dat op z’n Jan Boerenfluitjes zouden noemen. Een groep sterrenkundigen onder leiding van Alberto Dominguez is er nu in geslaagd om die EBL daadwerkelijk te meten en wel de EBL die de afgelopen vijf miljard jaar is uitgezonden. Dat deden ze niet rechtstreeks door naar boven te kijken, want doordat de aarde bij wijze van spreke verdrinkt in het licht van de omringende Melkweg is rechtstreeks meten van de EBL lastiger dan de Melkweg met je blote oog bekijken in Manhattan. Wat ze deden was kijken naar ver weg gelegen blazars, dat zijn sterrenstelsels met een actief superzwaar zwart gat in hun centrum, dat een straalstroom uitspuugt vol met hoogenergetische gammastraling, die recht op de aarde gericht is. Die gammastraling kent vier belangrijke fasen in z’n weg onderweg van bron naar aarde (zie ook de afbeelding links):

  • Fase 1 is als de straling de bron verlaat, in dit geval de accretieschijf rondom het zwarte gat in de blazar.
  • Fase 2 gebeurt de gehele weg tussen bron en aarde, als de gammastraling onderweg EBL-fotonen tegenkomt. Als ze botsen kan dat leiden tot annihilatie van de fotonen en vorming van electron-positronparen, waarvan de energie weer afhangt van de energie van de fotonen die botsten.
  • Fase 3 is als de overgebleven gammastralen bij aarde aankomen
  • Fase vier tenslotte is als de gammastralen door de atmosfeer van de aarde proberen te komen, waarbij ze in de meeste gevallen botsen met deeltjes uit die atmosfeer en er een ‘waterval’ (cascade) van deeltjes ontstaat.

Wat het team van Dominguez deed was het volgende: berekenen wat de oorspronkelijke energie van de gammastralen van de blazars was, zowel van blazars ver weg – tot vijf miljard lichtjaar afstand – als van blazars dichtbij aarde, vervolgens meten hoeveel van die energie onderweg naar de aarde wordt geabsorbeerd door botsingen met EBL-fotonen en tenslotte hoeveel in de atmosfeer wordt geabsorbeerd. Hieronder een video, waarin die tocht van de gammastraling van bron tot aarde wordt gevisualiseerd.

Voor dat meten van de gammastraling voordat de de atmosfeer van de aarde induiken werd onder andere de Amerikaanse gammasatelliet Fermi ingeschakeld. Uitkomst van het hele liedje was dat Dominguez’ team kon zien dat er bij blazars op vijf miljard lichtjaar afstand meer absorptie door tussenliggende EBL-fotonen heeft plaatsgevonden dan bij nabije blazars. En zodoende kon men ook een indruk krijgen van wat men de Cosmic Gamma Ray Horizon noemt, d.w.z. de afstand waarop ongeveer een derde van de gammastraling door absorptie door EBL-fotonen verdwenen is. Hier is het wetenschappelijke artikel over deze waarneming. Het is trouwens niet de eerste keer dat sterrenkundigen de diffuse extragalactische achtergrond meten. Zeven jaar geleden deed men dat ook al en daar gaat deze Astroblog over. Bron: Science Daily.

Share

Speak Your Mind

*