Het mysterie van de ultra-diffuse sterrenstelsels is opgelost

ultra-diffuse-galaxy

Een groot spiraalstelsel, een dwergstelsel en een ultra-diffuus stelsel op schaal weergegeven. Credit: Schoening/Harvey/van Dokkum/Hubble Space Telescope

Astronomen hebben in het de laatste jaren een aantal zwakke, diffuse sterrenstelsels waargenomen, die toch ongeveer even groot zijn als de Melkweg. Het was een mysterie hoe dit soort stelsels, met 1000 keer minder sterren dan de Melkweg, kunnen zijn ontstaan. Nu heeft nieuw onderzoek uitgewezen dat als een groot aantal supernovae in korte tijd “afgaan” in een dwergstelsel, dit onder bepaalde omstandigheden kan resulteren in het “wegduwen” van sterren, gas en donkere materie. Als gevolg hiervan zal het stelsel gaan uitdijen. Aangezien hetzelfde aantal sterren over een groter oppervlak verspreid worden, zal de helderheid van het stelsel drastisch gaan afnemen. Sommige astronomen waren van mening dat dergelijke sterrenstelsels “gewoon” spiraalstelsels zouden zijn, die vooral uit donkere materie bestaan. Uit het onderzoek is gebleken dat de massa van dergelijke stelsels zo’n 10 tot 60 keer minder is dan bij de Melkweg. Dat betekent dat het inderdaad om “uitgedijde” dwergstelsels moet gaan. Overigens zijn dergelijke grote diffuse sterrenstelsels vooral in clusters waargenomen. Het is momenteel niet bekend hoe dergelijke stelsels het kunnen overleven in de drukbevolkte binnendelen van een cluster van sterrenstelsels. Door getijdenkrachten zouden ze namelijk snel vernietigd moeten worden, maar dat blijkt niet altijd het geval te zijn.

Bron: Niels Bohr Institute

Zo ziet de kaart van de natuurkunde er uit

Credit: Dominic Walliman/YouTube

De natuurkunde is de tak van de exacte wetenschappen, die zich over tal van onderwerpen uitstrekt – volgens de beschrijving op Wikipedia is het ‘de tak van wetenschap die algemene eigenschappen van materie, straling en energie onderzoekt en beschrijft, zoals kracht, evenwicht en beweging, fasen en faseovergangen, straling, warmte, licht, geluid, magnetisme en elektriciteit, voor zover hierbij geen scheikundige veranderingen optreden’. Diezelfde Wikipedia-pagina laat 25 vakgebieden binnen de natuurkunde zien, een duidelijke maat voor de omvang en complexiteit van de hedendaagse natuurkunde. De natuurkundige Dominic Walliman heeft een dappere en volgens mij ook geslaagde poging gedaan om in een animatie van ruim acht minuten al die onderdelen van de natuurkunde te beschrijven en aan elkaar te koppelen. Kijk en oordeel zelf.

Bron: Gizmodo.

Wordt de EMdrive soms aangedreven door… donkere materie?

De EMdrive. Credit: SPR Ltd.

Mocht de EM-drive daadwerkelijk doen wat de makers ervan zeggen dat ‘ie doet dan is het al spectaculair en revolutionair te noemen – een prototype raketmotor die z’n voortstuwing krijgt doordat fotonen in een afgesloten ruimte bij een bepaalde frequentie tegen de wand van de ruimte botsen. De Emdrive moet nog door onafhankelijk onderzoek getest worden, maar het vakartikel erover is al uitgelekt en zal volgende maand verschijnen. Het spectaculaire en revolutionaire van de EMdrive zit ‘m niet alleen in het feit dat het een raketmotor is zonder brandstof (áls ‘ie daadwerkelijk werkt), maar ook dat het een schending lijkt te zijn van de derde wet van Newton, de behoudswet van momentum, die zegt dat iedere actie leidt tot een reactie. Of anders gezegd: zonder actie is er ook geen reactie. En da’s wat alle conventionele raketmotoren doen: ze produceren voortstuwing door brandstof tot ontbranding te brengen en dat door een uitlaat te stuwen, een actie die tot beweging in de ruimte leidt, actie is reactie.

De grafiek waaruit zou blijken dat de EMdrive daadwerkelijk voortstuwing produceert. Credit: H. White et al.

Maar de EMdrive schijnt een reactie zonder actie te zijn en daarmee verklaren hordes natuurkundigen de motor voor onmogelijk. Tenzij… er toch sprake is van een soort van actie in die afgesloten kamer van de EMdrive. Met dat idee komt Ethan Siegel, de astrofysicus van de blog Starts with a Bang. Vandaag komt hij in een blog (zie de bron) met het – minstens net zo spectaculaire en revolutionaire idee als de EMdrive zelf – dat de fotonen in de afgesloten ruimte wellicht reageren met deeltjes donkere materie. Niet alle hypothetische deeltjes donkere materie komen daarvoor in aanmerking, de zwaardere WIMP’s (weakly interacting massive particles) schijnen niet echt geschikt te zijn, maar de lichtgewicht axionen schijnen een goede kandidaat te zijn. Naar axionen wordt al jaren gezocht, zoals door ADMX, het Axion Dark Matter experiment. Tot nu toe heeft dat nul komma noppes resultaat opgeleverd. Volgens Siegel zou het kunnen dat de fotonen in de EMdrive de juiste frequentie hebben om te reageren met die axionen en dat die ‘actie’ leidt tot de gemeten voortstuwing, die volgens de groep van H.White 1,2 ± 0,1 mN / kW (millinewton per kilowatt) groot is. De wet van behoud van momentum wordt niet overschreden, want de momentum wordt meegenomen door de axionen. Kortom, áls de EMdrive daadwerkelijk werkt zoals de makers pretenderen en áls de donkere materie daadwerkelijk uit axionen zou bestaan, dán zou het wel eens kunnen zijn dat de donkere materie de onzichtbare brandstof van de EMdrive is, een brandstof die altijd en overal aanwezig is. Bron: Starts with a Bang.

Neutronenster toon wellicht de eerste sporen van vreemde kwantumeigenschap van de lege ruimte

Artist’s impression van een sterk magnetische neutronenster. Credit:ESO/L. Calçada

Door het licht van een uitzonderlijk compacte en sterk magnetische neutronenster te onderzoeken met ESO’s Very Large Telescope, hebben astronomen wellicht de eerste observationele aanwijzing gevonden voor een vreemd kwantumeffect dat in de jaren ’30 van de vorige eeuw voor het eerst werd voorspeld. De polarisatie van het waargenomen licht wijst erop dat de lege ruimte rond de neutronenster onderhevig is aan een kwantumeffect dat vacuüm-dubbelbreking wordt genoemd. Hier het vakartikel hierover.

Een team onder leiding van Roberto Mignani van INAF Milan (Italië) en van de Universiteit van (Polen) gebruikte de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili om de ongeveer 400 lichtjaar verre neutronenster RX J1856.5-3754 te onderzoeken [1]Dit object maakt deel uit van een groepje van zeven neutronensterren die bekendstaan als de Magnificent Seven. Dat zijn solitaire neutronensterren zonder stellaire begeleiders die geen radiostraling … Continue reading.

Grootbeeldopname van de hemel rondom de zwakke neutronenster RX J1856.5-3754. Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Hoewel het tot de meest nabije neutronensterren behoort, is dit object zo extreem zwak, dat astronomen het zichtbare licht ervan alleen kunnen waarnemen met het FORS2-instrument van de VLT. De waarneming vergde het uiterste van de huidige telescooptechnologie.

Neutronensterren zijn de zeer compacte overblijfselen van de kernen van zware sterren – met minstens tien keer zoveel massa als onze zon – die aan het einde van hun bestaan als supernova’s zijn ontploft. De magnetisch velden van deze objecten zijn miljarden keren sterker dan die van onze zon.

VLT opname van de hemel rondom de neutronenster RX J1856.5-3754, in het midden van de foto bij de rode, kegelvormige nevel. Linksonder van het midden is nog een spoor van een planetoïde te zien. Credit:ESO

Deze velden zijn zo extreem sterk dat ze van invloed zijn op de eigenschappen van de lege ruimte rond de ster. Normaal gesproken is zo’n vacuüm helemaal leeg, en kan licht erdoorheen gaan zonder veranderingen te ondergaan. Maar volgens de kwantumelektrodynamica (Engelse afkorting: QED) – de kwantumtheorie die de interacties tussen fotonen van licht en geladen deeltjes zoals elektronen beschrijft – wemelt de lege ruimte van de virtuele deeltjes die nu eens verschijnen en dan weer verdwijnen. Zeer sterke magnetische velden kunnen deze ruimte zodanig veranderen dat deze de polarisatie van licht dat erdoorheen gaat beïnvloedt.

Mignani legt uit: ‘Volgens de QED gedraagt een sterk magnetisch vacuüm zich als een soort prisma – een effect dat vacuüm-dubbelbreking wordt genoemd.

Tot nu toe kon het bestaan van deze vacuüm-dubbelbreking echter niet experimenteel worden aangetoond. Pogingen om het effect, dat tachtig jaar geleden werd voorspeld in een artikel van Werner Heisenberg (die van het befaamde onzekerheidsbeginsel) en Hans Heinrich Euler, in het laboratorium te detecteren bleven vruchteloos.

Dit effect kan alleen worden gedetecteerd in aanwezigheid van enorm sterke magnetische velden, zoals die rond neutronensterren. Daarmee is eens te meer aangetoond dat neutronensterren van onschatbare waarde zijn voor het onderzoek van fundamentele natuurwetten,’ aldus Roberto Turolla (Universiteit van Padua, Italië).

Na zorgvuldige analyse van de VLT-gegevens hebben Mignani en zijn team een duidelijke lineaire polarisatie gedetecteerd – met een polarisatiegraad van ongeveer 16% – die volgens hen waarschijnlijk het gevolg is van het versterkende effect van vacuüm-dubbelbreking in de lege ruimte rond RX J1856.5-3754 [2]Er bestaan nog andere processen die sterlicht dat zich door de ruimte voortplant kunnen polariseren. Het team heeft ook deze mogelijkheden, waaronder polarisatie die door verstrooiing aan … Continue reading.

Vincenzo Testa (INAF, Rome, Italië) licht toe: ‘Dit is het zwakste object waarbij ooit polarisatie is gemeten. En daar was, behalve een van de grootste en meest efficiënte telescopen ter wereld – de VLT, ook een nauwgezette data-analyse voor nodig.’

De sterke lineaire polarisatie die we met de VLT hebben gemeten laat zich niet gemakkelijk verklaren zonder de door de QED voorspelde vacuüm-dubbelbreking,’ voegt Mignani daaraan toe.

Dit VLT-onderzoek is het allereerste observationele bewijs voor dit type QED-effecten die door extreem sterke magnetische velden worden veroorzaakt,’ aldus Silvia Zane  (UCL/MSSL, VK).

Mignani is uitgelaten over de verdere verbeteringen op dit onderzoeksterrein die met geavanceerdere telescopen mogelijk zijn: ‘Polarisatiemetingen met de volgende generatie van telescopen, zoals ESO’s European Extremely Large Telescope, zouden wel eens een cruciale rol kunnen gaan spelen bij de toetsing van de QED-voorspellingen van vacuüm-dubbelbrekingeffecten rond tal van andere neutronensterren.

Deze meting, die nu voor het eerst in zichtbaar licht is gedaan, baant ook de weg voor soortgelijke metingen op röntgengolflengten,’ voegt Kinwah Wu (UCL/MSSL, VK) daaraan toe. Bron: ESO.

References[+]

References
1 Dit object maakt deel uit van een groepje van zeven neutronensterren die bekendstaan als de Magnificent Seven. Dat zijn solitaire neutronensterren zonder stellaire begeleiders die geen radiostraling uitzenden (zoals pulsars) en ook niet omgeven zijn door materiaal dat is achtergebleven van een supernova-explosie.
2 Er bestaan nog andere processen die sterlicht dat zich door de ruimte voortplant kunnen polariseren. Het team heeft ook deze mogelijkheden, waaronder polarisatie die door verstrooiing aan stofdeeltjes ontstaat, nauwkeurig onder de loep genomen. De onderzoekers achten het echter onwaarschijnlijk dat het waargenomen polarisatiesignaal daardoor is veroorzaakt.

Astronomiekalender 2017

 

Ja, hoor, hij is er weer: de astronomiekalender voor het nieuwe jaar 2017. Een handige en leuke kalender voor iedereen die zich interesseert in wat er aan de sterrenhemel te zien is. Naast een gebruikelijke kalender is dit een kalender die hemelverschijnselen en bijzondere astronomische gebeurtenissen vermeldt. Meestal gaat het om verschijnselen die met het blote oog vanuit Nederland en België te zien zijn, zoals samenstanden van planeten.

De fases van de Maan zijn elke maand snel te overzien en worden met symbolen weergegeven. Bij elke maand staat een mooie astrofoto.

Het is een maandkalender op A4-formaat, om op te hangen.
De kalender is te verkrijgen voor 9,50 euro per stuk + 4,50 euro verzendkosten.
De verzendkosten zijn ongeacht het aantal, dus 1 voor €14,-, twee voor €23,50,  drie voor €33,-, etc).
Wil je de astronomiekalender 2017 graag hebben? Stuur dan een berichtje naar mij (Paul) op adres pr.bakker[apestaartje]tele2.nl

De instrumenten van de ExoMars TGO doen het uitstekend

Het gebied Arsia Chasmata, gefotografeerd door het CaSSIS instrument. Credit: ESA/Roscosmos/ExoMars/CaSSIS/UniBE.

De instrumenten aan boord van de Trace Gas Orbiter (TGO) van de Europees-Russische ExoMars 2016 missie, die op 19 oktober j.l. in een baan om Mars kwam, blijken het uitstekend te doen. Op dit moment is z’n baan zeer langgerekt, variërend tussen 230-310 km op z’n laagste punt en maar liefst 98.000 km op z’n hoogste punt, een baan om Mars die de TGO eens per 4,2 dagen aflegt. In de laatste twee omwentelingen tussen 20 en 28 november werden de vier instrumenten aan boord van de TGO uitgetest en die bleken het alle vier goed te doen. Het gaat om deze instrumenten:

  • de Atmospheric Chemistry Suite (ACS), waarmee men kooldioxide in de atmosfeer van Mars wil meten. Hieronder zie je een eerste meting daarvan. Een deel van de grafiek is uitvergroot in de grafiek rechtsonder.

    Credit: ESA/Roscosmos/ExoMars/CaSSIS/UniBE.

  • het Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) instrument, dat kijkt naar water in de ijle atmosfeer.
  • de Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND), die kijkt naar de hoeveelheid neutronen, die vanaf de oppervlak van Mars worden uitgezonden.
  • tenslotte is er het Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS), dat in staat is stereobeelden van landschappen van Mars te maken. Daarmee is bovenstaande foto gemaakt van Arsia Chasmata, een strook van 25 km lengte. Het gebied ligt aan de flanken van de Arsia Mons, een grote vulkaan op Mars. Hieronder een eerste stereobeeld, dat met CaSSIS gemaakt is, een gebied genaamd Noctis Labyrinthus. De kleinste details op de foto zijn 20 meter groot.

    Credit: ESA/Roscosmos/ExoMars/CaSSIS/UniBE.

Het wetenschappelijke doel van de TGO is om onderzoek te doen aan zeldzame gassen in de ijle atmosfeer van Mars, zoals methaan, waterdamp, stikstofdioxide en acetyleen. Het gaat daarbij met name om methaan in de atmosfeer, dat zowel biologisch als geologisch van oorsprong kan zijn. De TGO moet het raadsel oplossen welke oorsprong het methaan van Mars heeft. Komend jaar gaat de TGO z’n baan veranderen en eind 2017 moet ‘ie in z’n definitieve , cirkelvormige baan terechtkomen, 400 km boven het oppervlak van Mars. Hieronder tenslotte een video, met daarin beelden gemaakt van het oppervlak van Mars door het CaSSIS instrument.

Bron: ESA.

En wat mag dat dan wel wezen?

Credit: Andrew Radder / NASA

Kijk eens naar de foto hierboven. Enig idee wat het voorstelt? Mmmmm, als je alleen dat ronde in het midden zou zien dan zou ’t wellicht lastig zijn. Maar die vier andere objecten in de hoeken laten je vermoedelijk al raden wat het is. Juist ja, het is de beroemde Rocketdyne F1 motor van de Saturnus V raket, precies van onderen gefotografeerd. Vijf van die motoren werden gebruikt in de onderste trap van de raket, de S-IC trap. De F1 is nog steeds de meest krachtige raketmotor op vloeibare brandstof (RP-1 kerosine met vloeibare zuurstof (LOX) als oxidator) met één enkele spuitmond (‘nozzle’).  Hieronder zie je de ontwerper van de Saturnus V, Werner von Braun, bij de onderkant van de S-IC trap – geeft je een aardig idee van de omvang van de F1.

Credit: NASA

Per seconde kon de F1 1789 kg LOX verbranden en 788 kg RP-1, een stuwkracht van maar liefst 6,7 MN opleverend. Twee en een halve minuut na de start van de lancering was de S-IC leeg en werd de eerste trap op een hoogte van 68 km en een snelheid van 9.920 km/uur losgekoppeld en nam de S-II trap het over. Hieronder zie je een geweldige video, waarin je de vijf F1 motoren aan het werk ziet, slow motion beelden van de lancering, gemaakt met een E-8 camera op 16 juli 1969 van de Apollo 11.

Bron: Andrew Radder.

Adembenemend, deze foto van de maan, Jupiter en onweerswolken

Credit: Greg Diesel Walck

Ik deed vorige week een schamele poging om de maansikkel en Jupiter aan de ochtendhemel digitaal te vereeuwigen. Die poging valt in het niet bij de foto die Greg Diesel Walck van de conjunctie van maan en Jupiter eerder dit jaar maakte, want wat hij in Moyock NC in de VS op 5 augustus deed is adembenemend. Er was toen ook een onweer met blikseminslagen gaande én er waren donkere, lensvormige wolken aan de hemel te zien. Dat allemaal gecombineerd leverde bovenstaande magnifieke foto op – dubbelklikken om te vermagnificeren. Bron: Greg Diesel op Facebook.

Zwakste satellietstelsel van de Melkweg kan ons veel vertellen over de evolutie van sterrenstelsels

Credit: Tohoku University/National Astronomical Observation of Japan.

Een internationaal team van astronomen heeft een extreem lichtzwak satellietstelsel van de Melkweg gevonden, de meest lichtzwakke tot nu toe. De satelliet bevindt zich in de richting van het sterrenbeeld Virgo (Maagd) en heeft als gevolg de naam Virgo I gekregen. De ontdekking van dit stelsel suggereert dat een groot aantal niet-ontdekte satellieten zich schuilhouden in de halo van ons melkwegstelsel.

Momenteel zijn zo’n 50 satellieten van de Melkweg geïdentificeerd, waarvan 40 stuks zeer diffuus van structuur zijn en sferoïdale dwergstelsels genoemd worden. Dergelijke stelsels zijn lichtzwak en zijn derhalve heel lastig te detecteren. Dat is toch gelukt in het kader van een survey die wordt uitgevoerd met de Japanse Subaru-telescoop.

Hierbij wordt eerst gezocht naar een zogenaamde overdichtheid van sterren in een gedeelte van de sterrenhemel. Vervolgens wordt gekeken naar het zogenaamde kleurhelderheidsdiagram, vergelijkbaar met het Hertzsprung-Russell diagram, om te achterhalen of het werkelijk om een sterrenstelsel gaat. Op deze wijze is men erachter gekomen dat de overdichtheid in de richting van Virgo inderdaad een satelliet van de Melkweg moet zijn.

De straal van dit stelsel blijkt zo’n 124 lichtjaar te bedragen – dat is superklein voor een sterrenstelsel, maar te groot voor een bolhoop. Hiermee is Virgo I het zwakste satelliet-sterrenstelsel van de Melkweg die ooit gevonden is. De afstand tot het stelsel bedraagt zo’n 288.000 lichtjaar.

De ontdekking van Virgo I is belangrijk voor ons begrip van het ontstaan van de Melkweg. Volgens de standaardtheorie zou de Melkweg omringd moeten zijn door honderden satellieten. Als dat niet het geval blijkt te zijn, dan hebben de heren theoretici een probleem. Maar de ontdekking van Virgo I lijkt te suggereren dat de honderden ontbrekende stelsels in de toekomst nog gevonden zullen worden. De tijd zal het leren!

De momenteel bekende satellietstelsels van de Melkweg. Credit: Tohoku University/National Astronomical Observation of Japan.

Bron: National Astronomical Observatory of Japan

SpaceX wil 4425 satellieten – yep, je leest ’t goed – lanceren voor globaal supersnel internet

Credit: SpaceX

Op dinsdag 15 november heeft de Amerikaanse commerciële ruimtevaartonderneming SpaceX van Elon Musk een verzoek ingediend bij de Federal Communications Commission (FCC) om een reusachtige vloot van maar liefst 4.425 satellieten te lanceren en in de ruimte te brengen. Elk van die satellieten zal 386 kg wegen en de omvang van een Mini Cooper auto hebben. Doel van die vloot is om een globaal netwerk op te zetten van supersnel internet. De satellieten zullen op verschillende hoogtes gaan opereren, variërend tussen 1.150 en 1.350 km en de inclinaties (de baanhoek t.o.v. de evenaar) zit tussen 53 en 81°. In eerste instantie zullen 1600 satellieten worden gelanceerd, die elk een gebied zullen bestrijken van 1060 km in diameter (zie afbeelding hieronder).

Credit: SpaceX

De satellieten zullen gedurende een periode van vijf jaar in de Ku en Ka band van het elektromagnetisch spectrum uitzenden. Met het ‘spacebased internet’ van SpaceX zal een snelheid van 1 gigabit per seconde (1 Gbps) met internet worden gehaald. Aardse providers bieden meestal een snelheid van 1 tot 20 megabit per seconde (1-20 Mbps). Met die snelheid zou een twee uur durende HD film in ongeveer 25 seconde kunnen worden gedownload, zo’n 200 keer sneller dan de gemiddelde internetsnelheid. Musk schat de kosten van het project in op 10 tot 15 miljard dollar. Het is nog niet bekend wanneer de plannen zullen worden uitgevoerd.

Tijdens de laatste SpaceUp in Noordwijk, 3 oktober vorig jaar, werd al op dit plan van SpaceX/Musk gewezen en werd gewaarschuwd voor de mogelijke gevaren van het plan. De 4.425 satellieten bestrijken een groot gebied van de ruimte, waar ook andere satellieten hun werk doen – die 4.425 satellieten is zelfs meer dan het totale aantal satellieten dat nu in de ruimte is. De vloot van SpaceX zal daar mogelijk invloed op hebben, niet alleen door hun elektromagnetisch verkeer, dat anderen wellicht hindert, maar vooral door de toename van de kans op botsingen. Bron: Spaceflight Insider.