15 september 2019

Moment dat vroege heelal na z’n donkere eeuwen oplichtte gemeten

De roodverschoven absorptielijn van het neutraal waterstof in het spectrum van GRB 130606A.

Sterrenkundigen zijn er in geslaagd om in het zichtbare gedeelte van het spectrum van een ver verwijderde gammaflitser een absorptielijn van neutraal waterstofgas te meten, een meting die hun in staat stelt een schatting te maken van de hoeveelheid van dat gas in de omgeving van de gammaflitser. Het heelal is 13,8 miljard jaar oud en één miljard jaar na de oerknal explodeerde een zeer zware ster en klapte z’n kern in elkaar als zwart gat, een heftige gebeurtenis waarbij een geweldige stoot gammastraling vrijkwam. Die straling werd juni 2013 waargenomen als de gammaflitser GRB 130606A en op 6 juni 2013 werd de optische nagloed daarvan waargenomen met de Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS), verbonden aan de Subaru Telescoop op Hawaï. De waarneming van neutraal waterstofgas is voor de sterrenkundigen van belang, omdat het laat zien waar en wanneer de reïonisatie in het heelal plaatsvond, de fase dat neutraal waterstof onder invloed van de ultraviolet straling van pas ontstane zware sterren ging ioniseren.

Ionisatie, recombinatie en reïonisatie

Ionisatie wil niets anders zeggen dan dat atoomkernen en elektronen – in dit geval van waterstof – zich scheiden en dat kwam in de eerste vroege fase van het heelal, kort na de oerknal, voor. Dat duurde tot het moment dat het heelal door z’n uitdijing afkoelde tot zo’n 4000 K – 380.000 jaar na de oerknal – en toen trad de fase van recombinatie in, oftewel on-ionisatie. Dat wil zeggen dat de elektronen en protonen (de waterstofkernen) weer aan elkaar gekoppeld werden en neutraal waterstof vormden. Vóór het moment van recombinatie werden de fotonen (lichtdeeltjes) voortdurend heen en weer gekaatst tussen de vrije elektronen en protonen en dus was er geen ongehinderd ‘verkeer’ van fotonen. Ondanks het vrije verkeer van fotonen gaat het heelal na de recombinatie een lange, donkere tijd tegemoet die men ook wel de ‘donkere eeuwen’ van het vroege heelal noemt. Huh, waarom eigenlijk, die fotonen kunnen toch ongehinderd reizen? Nou, eenvoudig omdat er behalve de fotonen van de kosmische achtergrondstraling geen enkele andere lichtbron was. Er waren geen sterren, geen sterrenstelsels, niets wat licht gaf. Pas tussen ongeveer 150 miljoen en 1 miljard jaar na de oerknal ontstaan hier en daar de eerste sterren en vanaf 400 miljoen jaar ook de eerste sterrenstelsels. Die allereerste sterren en sterrenstelsels zorgden met hun enorme ultraviolette straling dat die recombinatie of on-ionisatie weer teniet werd gedaan en dat er opnieuw sprake was van een ionisatie. Door dat UV-licht kregen de elektronen genoeg energie om zich los te weken van de protonen en was het gedaan met het neutrale waterstof. Vandaar de term reïonisatie, waarmee ook een einde kwam aan de donkere periode van het heelal. Voor de liefhebbers is hier het vakartikel van de Japanse waarnemers aan de gammaflitser GRB 130606A.

Speak Your Mind

*

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