4 augustus 2021

Zo gedetailleerd zagen we het verre heelal nog nooit

Montage van de Einsteinring van SDP.81 en het gelenste sterrenstelsel. Credit:
ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Y. Tamura (The University of Tokyo)/Mark Swinbank (Durham University)

ALMA’s Long Baseline Campaign heeft een spectaculair detailrijke opname opgeleverd van een ver sterrenstelsel. De foto toont een ‘gravitationeel vergroot’ beeld van de stervormingsgebieden in het stelsel. Nooit eerder zijn zulke stellaire kraamkamers in zo’n ver sterrenstelsel zo duidelijk in beeld gebracht. De nieuwe waarnemingen zijn vele malen detailrijker dan de opnamen die met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA zijn gemaakt. Het sterrvormingsgebieden zijn een soort grote versie van de bekende Orionnevel.

ALMA’s Long Baseline Campaign heeft ongekend gedetailleerde informatie opgeleverd over objecten in het nabije en verre heelal. Bij waarnemingen die eind 2014 in het kader van deze campagne zijn gedaan was het verre sterrenstelsel SDP.81doelwit. Het licht van dit stelsel is onderhevig aan een kosmisch verschijnsel dat het gravitatielenseffect wordt genoemd. Tussen SDP.81 en ALMA staat een ander stelsel [1]Het verre sterrenstelsel wordt gezien in een tijd dat het heelal nog maar 15 procent van zijn huidige leeftijd had: slechts 2,4 miljard jaar na de oerknal. Zijn licht heeft er meer dan de tweemaal de … Continue reading dat als een lens fungeert. De zwaartekracht van dit lensstelsel vervormt het beeld van het verre sterrenstelsel tot een bijna volmaakte Einsteinring [2]Het bestaan van gravitatielenzen is voorspeld door Albert Einstein. Diens algemene relativiteitstheorie vertelt ons dat objecten een kromming van ruimte en tijd veroorzaken. Licht dat in de omgeving … Continue reading.

ALMA’s Long Baseline Campaign heeft een spectaculair detailrijke opname opgeleverd van een ver sterrenstelsel. De foto toont een ‘gravitationeel vergroot’ beeld van de stervormingsgebieden in het stelsel – grote soortgenoten van de bekende Orionnevel. Nooit eerder zijn zulke stellaire kraamkamers in zo’n ver sterrenstelsel zo duidelijk in beeld gebracht – de nieuwe waarnemingen zijn vele malen detailrijker dan eerdere opnamen, zoals die van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA. Het gereconstrueerde beeld van het verre sterrenstelsel, gebaseerd op geavanceerde modellen van de vergrotende gravitatielens, laat fijne structuren binnen de ring zien die nog nooit eerder zijn waargenomen: diverse stofrijke wolken in het stelsel, waarvan wordt aangenomen dat het reusachtige wolken van koud moleculair gas zijn – de kraamkamers van sterren en planeten. N.B. Sommige van de kleinere structuren die hier te zien zijn, zouden beeldfouten kunnen zijn die door het reconstructieproces zijn veroorzaakt. Credit: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Mark Swinbank (Durham University)

Meerdere teams van wetenschappers [3]Hieronder is een overzicht van de wetenschappelijke teams te vinden. hebben onafhankelijk van elkaar de ALMA-gegevens van SDP.81 geanalyseerd. Dat leverde een stortvloed aan onderzoeksartikelen op met ongekende informatie over het stelsel, waaronder details over zijn structuur, inhoud en bewegingen.ALMA werkt als een interferometer. Eenvoudig gezegd vormen de antennes van de array één kolossale virtuele telescoop [4]De beeldscherpte van ALMA is op z’n grootst wanneer de antennes zo ver mogelijk uit elkaar staan – tot wel 15 kilometer. Ter vergelijking zijn hier eerdere waarnemingen van … Continue reading. Bij gevolg hebben deze nieuwe opnamen van SDP.81 een zesmaal zo hoge resolutie (beeldscherpte) [5]In deze gegevens zijn details tot 0,023 boogseconde, oftewel 23 milliboogseconden, te zien. Hubble heeft dit stelsel in het nabij-infrarood waargenomen, met een resolutie van ongeveer 0,16 … Continue reading als de infraroodopnamen die met de Hubble-ruimtetelescoop van ESA en NASA zijn gemaakt.

Einstein Ring SDP.81 gezien met ALMA. Credit:
ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Y. Tamura (The University of Tokyo)

De geavanceerde modellen van de astronomen tonen een fijne, nooit eerder waargenomen structuur binnen SDP.81, in de vorm van stofrijke wolken waarvan wordt vermoed dat ze grote hoeveelheden koud moleculair gas bevatten. Zulke wolken zijn de geboorteplaatsen van sterren en planeten.De modellen van de astronomen konden de vervorming corrigeren die door het gravitatielenseffect ontstaat. Daardoor zijn de waarnemingen zo scherp dat onderzoekers stervormingsgebieden met afmetingen tot 100 lichtjaar in het sterrenstelsel kunnen zien. De stervormingsgebieden lijken op een grote versie van de Orionnevel. Ze produceren duizenden keren meer nieuwe sterren. Het is voor het eerst dat dit verschijnsel op zo’n enorme afstand is waargenomen.

Het door Hubble gefotografeerde gebied rondom SDP.81. Credit:
The NASA/ESA Hubble Space Telescope

De gereconstrueerde ALMA-opname van het sterrenstelsel is spectaculair,’ zegt Rob Ivison, mede-auteur van twee van de artikelen en wetenschappelijk directeur van ESO. ‘ALMA’s enorme opvangende oppervlak, de grote afstanden tussen haar antennes en de stabiele atmosfeer boven de Atacamawoestijn dragen allemaal bij aan de voortreffelijke detailrijkdom van zowel beelden als spectra. Dat levert niet alleen heel gevoelige waarnemingen op, maar ook informatie over de wijze waarop de verschillende delen van het sterrenstelsel bewegen. We kunnen stelsels aan de andere kant van het heelal onderzoeken die bezig zijn om samen te vloeien en enorme aantallen sterren produceren. Voor zulke dingen mag je me ‘s morgens wakker maken!‘Met behulp van de spectrale informatie die met ALMA is verkregen, hebben astronomen ook gemeten hoe het verre stelsel roteert, en een schatting van zijn massa gemaakt. De gegevens laten zien dat het gas in dit stelsel instabiel is: samenballingen van gas zijn bezig samen te trekken en zullen in de toekomst waarschijnlijk in nieuwe grote stervormingsgebieden veranderen.

Opmerkelijk is ook dat de modellen van het lenseffect erop wijzen dat zich in het centrum van het voorgrondstelsel, dat als lens fungeert, een superzwaar zwart gat bevindt [6]Bij die hoge resolutie zouden onderzoekers het centrale deel van het achtergrondstelsel moeten kunnen zien. Dat zou dan in het midden van de Einsteinring verschijnen. Als het voorgrondstelsel – … Continue reading. Het centrale deel van SDP.81 is te zwak om waarneembaar te zijn, wat tot de conclusie leidt dat het voorgrondstelsel een centraal zwart gat heeft dat meer dan 200 á  300 miljoen maal zoveel massa heeft als de zon. Het aantal artikelen dat op basis van deze ene ALMA-dataset is gepubliceerd bewijst hoeveel opwinding het grote potentieel van de array onder astronomen veroorzaakt. Het laat ook zien dat ALMA astronomen de komende jaren tot nog meer ontdekkingen in staat zal stellen, en nog meer vragen over de aard van verre sterrenstelsels kan helpen beantwoorden.

Bron: ESO.

References

References
1 Het verre sterrenstelsel wordt gezien in een tijd dat het heelal nog maar 15 procent van zijn huidige leeftijd had: slechts 2,4 miljard jaar na de oerknal. Zijn licht heeft er meer dan de tweemaal de leeftijd van de aarde over gedaan om ons te bereiken (11,4 miljard jaar). Daarbij heeft het een omweg gemaakt langs een zwaar voorgrondstelsel dat met een afstand van vier miljard lichtjaar relatief dichtbij staat.
2 Het bestaan van gravitatielenzen is voorspeld door Albert Einstein. Diens algemene relativiteitstheorie vertelt ons dat objecten een kromming van ruimte en tijd veroorzaken. Licht dat in de omgeving van zo’n object terechtkomt, volgt vanzelf de kromming die door het object wordt veroorzaakt. Hierdoor kunnen met name de zwaarste objecten – enorme sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels – als kosmische vergrootglazen fungeren. Een Einsteinring is een bijzonder soort gravitatielens waarbij de aarde, het lensstelsel op de voorgrond en het achtergrondstelsel exact op één lijn staan. In dat geval wordt het licht van het verre stelsel uitgesmeerd tot een ring. Dit verschijnsel wordt toegelicht in Video A.
3 Hieronder is een overzicht van de wetenschappelijke teams te vinden.
4 De beeldscherpte van ALMA is op z’n grootst wanneer de antennes zo ver mogelijk uit elkaar staan – tot wel 15 kilometer. Ter vergelijking zijn hier eerdere waarnemingen van gravitatielenzen te vinden, die met ALMA in een compacte configuratie van slechts ongeveer 500 meter zijn gemaakt.
5 In deze gegevens zijn details tot 0,023 boogseconde, oftewel 23 milliboogseconden, te zien. Hubble heeft dit stelsel in het nabij-infrarood waargenomen, met een resolutie van ongeveer 0,16 boogseconde. Daarbij moet wel worden opgemerkt dat de ruimtetelescoop op kortere golflengten een aanzienlijk hogere resolutie kan bereiken – tot 0,022 boogseconde in het nabij-ultraviolet. Afhankelijk van het soort waarnemingen kan de resolutie van ALMA worden aangepast door de antennes verder uiteen of dichter bij elkaar te zetten. Voor deze waarnemingen is de grootst mogelijke configuratie gebruikt, wat de hoogst mogelijke resolutie opleverde.
6 Bij die hoge resolutie zouden onderzoekers het centrale deel van het achtergrondstelsel moeten kunnen zien. Dat zou dan in het midden van de Einsteinring verschijnen. Als het voorgrondstelsel – de ‘lens’ – echter een superzwaar zwart gat in zijn centrum heeft, wordt dat centrale beeld zwakker. De zwakte van het centrale beeld geeft een indicatie van de massa van het zwarte gat in het voorgrondstelsel.

Laat wat van je horen

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