4 maart 2021

ALMA ontraadselt reusachtige kosmische gaswolk

Computersimulatie van een Lyman-alpha blob. Credit: J.Geach/D.Narayanan/R.Crain

Een internationaal onderzoeksteam heeft, met behulp van ALMA, de Very Large Telescope van ESO en andere telescopen, de ware aard ontdekt van een bijzonder object in het verre heelal dat een Lyman-alpha blob wordt genoemd. Tot nu toe begrepen astronomen niet waardoor reusachtige gaswolken als deze zo helder zijn, maar ALMA heeft nu twee sterrenstelsels in het hart van een van deze objecten ontdekt die in zo’n hoog tempo nieuwe sterren produceren dat ze hun omgeving laten stralen. De twee grote sterrenstelsels zijn op hun beurt omgeven door een zwerm van kleinere stelsels waarmee zij een cluster-in-wording vormen. Het tweetal zal uiteindelijk evolueren tot één groot elliptisch sterrenstelsel.

Illustratie van de werking van een Lyman-alpha blob. Credit:ESO/J. Geach

Lyman-alpha blobs of LABs zijn kolossale wolken van waterstofgas op grote kosmische afstanden die  zich over honderdduizenden lichtjaren kunnen uitstrekken. Hun naam verwijst naar de karakteristieke ultraviolette straling die zij uitzenden: zogeheten Lyman-alfastraling [1]. Van meet af aan was het ontstaan van deze objecten een astronomisch raadsel. Nieuwe waarnemingen met ALMA hebben dat raadsel nu opgelost.

Reusachtige kosmische gaswolk gloeit van binnenuit. Credit:ESO/M. Hayes 

Het grootste en best bestudeerde object van dit type wordt simpelweg LAB-1 genoemd. Het bevindt zich in het hart van een enorme jonge cluster van sterrenstelsels en werd pas in het jaar 2000 ontdekt. LAB-1 is zo ver weg dat zijn licht er 11,5 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken.Een team astronomen onder leiding van Jim Geach van het Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire (VK) heeft LAB-1 nu bekeken met de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), een instrument dat bij uitstek geschikt is om het licht van koele stofwolken in verre sterrenstelsels waar te nemen. Daarmee is het gelukt om LAB-1 op te lossen in een aantal afzonderlijke bronnen van submillimeterstraling [2].

Inzoomen op een reusachtige kosmische gaswolk. Credit:ESO/A. Fujii/M. Hayes and Digitized Sky Survey 2

Vervolgens hebben de astronomen de ALMA-beelden gecombineerd met waarnemingen van het Multi Unit Spectroscopic Explorer-instrument (MUSE) dat aan ESO’s Very Large Telescope (VLT) is gekoppeld, om de Lyman-alfastraling in kaart te brengen. Op die manier kon worden aangetoond dat de ALMA-bronnen zich in het centrum van de Lyman-alpha blob bevinden en nieuwe sterren produceren in een tempo dat 100 keer zo groot is als dat van onze Melkweg. Opnamen van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA en spectroscopische waarnemingen door het W.M. Keck Observatory [3] hebben verder laten zien dat de ALMA-bronnen zijn omringd door talrijke zwakke begeleidende sterrenstelsels die het centrale duo mogelijk aan een bombardement onderwerpen, en op die manier de vorming van nieuwe sterren bevorderen.

Overzichtsfoto van de hemel rond een reusachtige kosmische gaswolk. Credit:ESO and Digitized Sky Survey 2 

Vervolgens heeft het team met behulp van een geavanceerde simulatie van de vorming van sterrenstelsels aangetoond dat de Lyman-alfastraling van de reusachtige gaswolk kan worden toegeschreven aan ultraviolet licht, afkomstig van jonge sterren, dat door het omringende waterstofgas wordt verstrooid. Dat zou leiden tot de ‘blob’ zoals we die waarnemen.Jim Geach, eerste auteur van het artikel, legt uit: ‘Vergelijk het maar met een straatlantaarn op een mistige avond – je ziet dan een diffuse gloed, doordat het licht door kleine waterdruppeltjes wordt verstrooid. Hier gebeurt iets vergelijkbaars, al is de ‘straatlantaarn’ in dit geval een sterrenstelsel dat in hoog tempo nieuwe sterren produceert en bestaat de ‘mist’ uit intergalactisch gas. De sterrenstelsels verlichten hun omgeving.‘Begrijpen hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren is een enorme uitdaging. Astronomen denken dat LABs belangrijk zijn omdat dit de plekken lijken te zijn waar de grootste sterrenstelsels in het heelal worden geboren. De uitgebreide Lyman-alfagloed verschaft informatie over wat er gebeurt in het oergas rond jonge sterrenstelsels – een omgeving die zich moeilijk laat onderzoeken.

Jim Geach concludeert: ‘Wat zo spannend is aan deze gaswolken is dat ze ons een kijkje geven in wat zich rond deze jonge sterrenstelsels-in-wording afspeelt. De oorsprong van het uitgebreide Lyman-alfalicht is lange tijd controversieel geweest. Maar met deze combinatie van nieuwe waarnemingen en geavanceerde simulaties hebben we naar mijn idee een 15 jaar oud raadsel opgelost: Lyman-alpha Blob-1 is de plek waar een groot elliptisch sterrenstelsel aan het ontstaan is, dat ooit het hart van een reusachtige cluster zal vormen. We zien een 11,5 miljard jaar oude momentopname van de vorming van dat sterrenstelsel.‘ Bron: ESO.

  1. De negatief geladen elektronen die om de positief geladen kern van een atoom bewegen hebben discrete energieniveaus. Dat wil zeggen dat zij alleen specifieke energietoestanden kunnen innemen en alleen van de ene toestand naar de andere kunnen overgaan door een specifieke hoeveelheid energie op te nemen of af te geven. Lyman-alfastraling ontstaat wanneer elektronen van waterstofatomen van het op één na laagste naar het laagste energieniveau terugvallen. De daarbij vrijkomende energie wordt uitgezonden als licht met een specifieke golflengte in het ultraviolette deel van het spectrum. Bij verre objecten schuift deze straling (ten gevolge van de uitdijing van het heelal) op naar langere golflengten – een verschijnsel dat roodverschuiving wordt genoemd. In het geval van LAB-1, met een roodverschuiving van z~3, wordt dit Lyman-alfalicht waargenomen als zichtbaar licht. []
  2. ‘Oplossen’ in het vermogen om objecten los van elkaar te zien. Bij een laag oplossend vermogen lijkt een groepje heldere objecten op grote afstand één lichtgevende vlek te vormen. Pas als je dichterbij komt blijkt het dan om afzonderlijke lichtbronnen te gaan. Met zijn grote oplossende vermogen heeft ALMA een grote ‘blob’ in drie afzonderlijke bronnen weten te scheiden. []
  3. Gebruikt zijn de Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA en de Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE) van de Keck-1-telescoop op Hawaï. []

Speak Your Mind

*

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