9 december 2019

Hoe we meer te weten kunnen komen over het tijdperk van de reïonisatie

In de ontwikkeling van het heelal onderscheiden sterrenkundigen enkele tijdperken of periodes en eentje daarvan is het tijdperk van de reïonisatie, welke pakweg 400 miljoen jaar na de oerknal begon – een tijdperk ná de ‘donkere eeuwen’ van het heelal, welke op hun beurt weer ontstonden 380.000 jaar na de oerknal, na het ‘oppervlak van de laatste verstrooiing. Het tijdperk van de reïonisatie wordt zo genoemd, omdat in die periode de eerste sterren en sterrenstelsels in het heelal ontstonden (zie afbeelding hierboven) en hun ultraviolette licht het neutrale waterstofgas, waarmee het heelal grotendeels gevuld was, deed ioniseren, dat wil zeggen dat door de UV straling de elektronen genoeg energie kregen om los te raken van de waterstofkernen en er geïoniseerd waterstofgas ontstond. Op twee manieren wil men komende jaren meer te weten komen over het tijdperk van de reïonisatie, een tijdperk dat sterrenkundigen zeer belangrijk achten omdat toen voor het eerst het jonge heelal met z’n sterrenstelsels zichtbaar werd.

  • de eerste manier is dat men de straling wil gaan bestuderen, die van het neutrale waterstofgas zelf afkomstig is. Dé manier om dat te doen is ontdekt in 1944 door de toen 25 jarige student Hendrik C. van de Hulst in Leiden, namelijk de 21 cm (1420 MHz) lijn. Deze ontstaat als de spin van een elektron in een waterstofatoom  flipt, omkeert t.o.v. de spin van de atoomkern.

    De oorsprong van de 21 cm lijn.

    De golflengte van deze straling uit het reïonisatietijdperk is door de uitdijing van het heelal wel tientallen keer zo groot geworden en bij aankomst op aarde uitgerekt tot enkele meters. Dat is het radiogolfgebied dat door radiotelescopen zoals LOFAR bekeken kan worden en daarom wordt deze ingezet om het tijdperk van de reïonisatie waar te nemen. Wellicht dat de 21 cm lijn van waterstofwolken uit het tijdperk van de reïonisatie ons ook meer kan vertellen over donkere materie, want als deeltjes donkere materie elkaar kunnen annihileren heeft dat effect op de verdeling van neutraal waterstofgas en dat moet dan zichtbaar zijn voor telescopen zoals LOFAR en z’n opvolger SKA.

  • dan de tweede manier: dat is het bestuderen van het ultraviolette licht van die allereerste sterren(-stelsels). De UV-fotonen die dat reïoniseren van het neutrale waterstofgas op hun geweten hebben worden Lyman Continuum fotonen genoemd – kortweg de LyC fotonen – en ze hebben een golflengte van 91,2 nm (3,29 miljoen GHz). Er zijn nog geen sterrenstelsels gevonden, die gedurende de start van het tijdperk van de reïonisatie de LyC hebben uitgezonden, daarvoor is het wachten op de opvolger van de NASA/ESA Hubble Space Telescope (HST), de James Webb Space Telescope (JWST), die in oktober 2018 wordt gelanceerd. Maar met de Hubble is wel een sterrenstelsel ontdekt van kort na het tijdperk en dat zich op 11,7 miljard lichtjaar afstand bevindt, het sterrenstelsel genaamd Ion2, hieronder zichtbaar bij verschillende golflengten.

    Het door Hubble waargenomen Ion2 groene erwtstelsel.

    Aan de kleur te zien zou je ‘t niet zeggen, maar ion2 is een ‘Groene Erwt’ sterrenstelsel, een categorie sterrenstelsels die door de vrijwilligers van de Galaxy Zoo zijn ontdekt en die door hun krachtige UV straling hebben bijgedragen aan de reïonisatie. Uit de waarnemingen blijkt dat Ion2 een echte uitzender van LyC fotonen is en dat het komt van gebieden in Ion2 waar wel 10.000 tot 100.000 jonge, hete sterren van spectraaltype O hun UV-licht uitstralen. In het groen zijn de contouren weergegeven van het gebied van LyC fotonen vandaan komen.

Bron: Backreaction + Astrobites.

Speak Your Mind

*

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