Oeroud sterrenstof werpt licht op verste object ooit dat ALMA heeft waargenomen

Artist’s impression van het verre stofrijke sterrenstelsel A2744_YD4. Credit:ESO/M. Kornmesser

Astronomen hebben de ALMA-telescoop gebruikt om een enorme massa van gloeiend sterrenstof te detecteren in een sterrenstelsel dat we zien toen het heelal slechts vier procent van zijn huidige leeftijd had. Dit stelsel is kort na zijn ontstaan waargenomen en is het verste stelsel ooit waarin stof is gedetecteerd. Deze nieuwe resultaten leveren gloednieuwe inzichten op over de geboorte en explosieve dood van de allereerste sterren.

Een internationaal team van astronomen, onder leiding van Nicolas Laporte van University College Londen, hebben de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruikt om waarnemingen te doen van A2744_YD4, het jongste en verste sterrenstelsel dat ALMA ooit heeft gezien. Tot hun verrassing ontdekten de astronomen dat dit jeugdige sterrenstelsel rijk is aan interstellair stof – stof dat is gevormd door een eerdere generatie van sterren.

Vervolgwaarnemingen met het X-shooter-instrument van ESO’s Very Large Telescope hebben de enorme afstand van A2744_YD4 bevestigd. We zien het stelsel zoals het was toen het heelal nog maar 600 miljoen jaar oud was, tijdens de periode dat zich de eerste sterren en sterrenstelsels vormden [1]Dit tijdstip correspondeert met een roodverschuiving van z=8,38 en valt daarmee in het reïonisatietijdperk..

ALMA- en Hubble-beelden van het verre stofrijke sterrenstelsel A2744_YD4. Credit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, ESO and D. Coe (STScI)/J. Merten (Heidelberg/Bologna)

Niet alleen is A2744_YD4 het verste sterrenstelsel dat tot nu toe met ALMA is waargenomen,’ merkt Nicolas Laporte op, ‘maar de detectie van zoveel stof wijst erop dat het stelsel al vervuild moet zijn door vroege supernova-explosies.

Kosmisch stof bestaat voornamelijk uit silicium, koolstof en aluminium, in de vorm van korreltjes die vaak nog geen miljoenste centimeter groot zijn. De chemische elementen in deze korreltjes zijn aangemaakt in het inwendige van sterren en worden na de dood van de sterren over de ruimte verspreid, bijvoorbeeld bij supernova-explosies – het onontkoombare lot van kortlevende, zware sterren. Tegenwoordig is zulk stof, dat een sleutelrol speelt bij de vorming van sterren, planeten en complexe moleculen, alom aanwezig. Maar in het vroege heelal – voordat de eerste generaties van sterren uitstierven – was het schaars.

De waarnemingen van het stofrijke sterrenstelsel A2744_YD4 waren mogelijk, omdat dit stelsel achter een kolossale cluster van sterrenstelsels ligt die Abell 2744 wordt genoemd [2]Abell 2744 is een massarijk object op een afstand van 3,5 miljard lichtjaar (roodverschuiving 0,308), dat vermoedelijk het resultaat is van de botsing tussen vier kleinere clusters van … Continue reading. Door een verschijnsel dat het zwaartekrachtlenseffect wordt genoemd, fungeerde deze cluster als een reusachtige kosmische ‘telescoop’ die het verder weg gelegen stelsel A2744_YD4 met ongeveer een factor 1,8 versterkt. Hierdoor konden de astronomen dieper het jonge heelal in kijken met ALMA dan normaal gesproken mogelijk is.

Bij de ALMA-waarnemingen is in A2744_YD4 ook het gloeiende schijnsel waargenomen van geïoniseerde zuurstof. Daarmee is dit de verste en dus vroegste detectie van zuurstof in het heelal en is het eerdere ALMA-record uit 2016 gebroken.

De detectie van stof in het vroege heelal levert nieuwe informatie op over wanneer de eerste supernova’s explodeerden en daarmee ook over de tijd dat de eerste hete sterren het heelal in licht deden baden. De bepaling van het tijdstip waarop deze ‘kosmische dageraad’ plaatsvond is een van de hoofddoelen van de moderne astronomie, en de speurtocht naar vroeg interstellair stof is een van de manieren om dit doel te bereiken.

Het onderzoeksteam schat dat A2744_YD4 een hoeveelheid stof bevatte die overeenkomt met 6 miljoen keer de massa van onze zon, en de totale massa van alle sterren in het stelsel bedroeg naar schatting 2 miljard zonsmassa’s. Het team heeft ook gemeten hoe snel A2744_YD4 nieuwe sterren produceerde en is daarbij uitgekomen op een tempo van 20 zonsmassa’s per jaar [3]Dit tempo betekent dat de totale massa van de sterren die elk jaar worden gevormd twintig keer zo groot is als de massa van onze zon.. Dat is twintig keer zo snel als ons Melkwegstelsel.

X-Shooter onder de VLT. Credit: ESO

Dit tempo, dat niet ongewoon is voor zo’n ver sterrenstelsel, geeft aan hoe snel het stof in A2744_YD4 is gevormd,’ legt mede-auteur van het onderzoek Richard Ellis (ESO en University College London) uit. ‘Opmerkelijk genoeg was daar maar ongeveer 200 miljoen jaar voor nodig – we zien dit sterrenstelsel dus kort na zijn vorming.

Dit betekent dat de vorming van nieuwe sterren ongeveer 200 miljoen jaar voor het moment waarop we het stelsel waarnemen goed op gang kwam. Dit biedt ALMA de uitgelezen mogelijkheid om het tijdperk te onderzoeken waarin de eerste sterren en sterrenstelsels ‘aan gingen’ – het vroegste kosmische tijdperk dat tot nu toe is onderzocht. Onze zon, onze planeet en ons bestaan zijn de producten – 13 miljard jaar later – van deze eerste generatie van sterren. Door hun ontstaan, leven en dood te bestuderen, onderzoeken we dus onze eigen oorsprong.

Met ALMA zijn de vooruitzichten om soortgelijke sterrenstelsels in deze vroege periode diepgaand en uitgebreid te onderzoeken zeer veelbelovend geworden,’ zegt Ellis.

En Laporte besluit: ‘Verdere metingen van dit type bieden het spannende vooruitzicht dat we bij het onderzoek van de vorming van sterren en zware elementen nog verder terug kunnen gaan in de tijd.’ Bron: ESO.

References[+]

References
1 Dit tijdstip correspondeert met een roodverschuiving van z=8,38 en valt daarmee in het reïonisatietijdperk.
2 Abell 2744 is een massarijk object op een afstand van 3,5 miljard lichtjaar (roodverschuiving 0,308), dat vermoedelijk het resultaat is van de botsing tussen vier kleinere clusters van sterrenstelsels. Het heeft de bijnaam Pandora’s Cluster gekregen, vanwege de vele vreemde en uiteenlopende verschijnselen die bij deze enorme botsing, die ongeveer 350 miljoen jaar duurde, zijn ontketend. De sterrenstelsels nemen slechts vijf procent van de massa van de cluster voor hun rekening. Driekwart van de massa bestaat uit donkere materie, die dus de belangrijkste oorzaak is van de afbuiging en versterking van het licht van achtergrondstelsels. De resterende twintig procent bestaat vermoedelijk uit heet gas.
3 Dit tempo betekent dat de totale massa van de sterren die elk jaar worden gevormd twintig keer zo groot is als de massa van onze zon.

Iota Orionis en een paar andere updates

Iota Orionis

Ik dacht, ‘Kom, laat ik weer eens een Astro-blogje maken!’ Het is alweer een tijdje geleden dat ik iets van me heb laten horen, maar ik heb zeker niet stilgezeten. In de tussentijd heb ik voor Jason Hessels (ASTRON) 3 illustraties gemaakt over de herkomst van de FRB’s die regelmatig ontdekt worden (Arie had hier een mooie blog aan gewijd).
En laatst mocht ik deze illustratie maken (zie bovenaan) voor Herbert Pablo, verbonden aan de universiteit van Montreal. Hij vroeg me een illustratie te maken voor hun ontdekking met de BRITE telescoop (BRIght Target Explorer).

Zijn uitleg was als volgt: Ik moest een illustratie maken van een dubbelster dat samen 35x de massa van onze zon heeft (dus best wel groot!). De ene ster zou 2 x zo groot zijn als de andere en omdat ze zo ongelofelijk heet zijn zouden ze blauw-wit zijn. Maar -zo vertelde hij- de sterren draaide om elkaar heen in een ovale baan. Op het verste punt zijn ze ‘gewoon’ rond, maar eenmaal dichter bij elkaar worden ze ovaal door elkaars aantrekkingskracht. Daardoor branden ze tijdelijk wat feller en zien wij een pulserend effect, ofwel een ‘hartslag’ en daarom worden dit soort systemen ook wel ‘Heartbeat Stars’. genoemd.

Wat voor mij leuk was om te leren van deze illustratie, was dat de kant waar ze het dichts bij elkaar staan het donkerst blauw moest worden. Dat is omdat ze daar het koelst zijn. Ik had het in de eerste instantie precies andersom gedaan, omdat dat gevoelsmatig beter klopte (ik dacht het wordt daar minder dik/massief dus daarom lichter/transparanter) maar het werkte dus net wat anders, weer wat geleerd 🙂

(even een trots-momentje 🙂 Hieronder nog even een plaatje van een artikel over mijn werk in de Quest van vorige maand. Van alle publicaties ben ik hier denk ik wel het meest trots op. Heel erg lekker was dat 🙂

Tipje van de sluier: Het speelde al een tijdje maar het krijgt nu een vaste vorm. Als alles goed gaat komt er een kinderboek uit over het heelal dat door mij geschreven en geïllustreerd zal zijn! 🙂 Meer info volgt later 🙂 (en het kan zomaar zijn dat ik nog bij jullie aanklop voor advies! 🙂 )

Hubble kiekt monsterlijke sterrencluster

credit: NASA / ESA / Hubble.

De Hubble-ruimtetelescoop heeft een levendige opname gemaakt van Westerlund 1, een jonge supersterrencluster. Een supersterrencluster is een uitzonderlijk massieve (open) sterrenhoop en vormt de (vermoedelijke) voorganger van een bolvormige sterrenhoop.

De cluster is pas in 2005 ontdekt en bevindt zich op een afstand van 15.000 lichtjaar vanaf de aarde, in de richting van het zuidelijke sterrenbeeld Ara (Altaar). Helaas bevindt de cluster zich achter dikke stofwolken, zodat het zicht op Westerlund 1 behoorlijk belemmerd wordt. De cluster bestaat uit 200.000 tot 500.000 sterren, die allemaal een leeftijd van vier tot vijf miljoen jaar hebben.

Dat is natuurlijk een enorm aantal in vergelijking met de meeste open sterrenhopen in de Melkweg, zoals de Pleiaden, die meestal uit enkele duizenden sterren bestaan. Wat dat betreft is Westerlund 1 vergelijkbaar met de centrale sterrenhoop in de Tarantula-nevel, het grootste stervormingsgebied in het Lokale Universum, binnen het grootste satellietstelsel van de Melkweg, de Grote Magelhaanse Wolk.

Tot de cluster behoort Westerlund 1-26, één van de grootste sterren in de Melkweg. Het gaat om een rode hyperreus met een straal van 1500 zonnen (!). Als W-26 op de plaats van de zon zouden zetten, dan zou deze zich uitstrekken tot voorbij de omloopbaan van Jupiter.

Vanwege het enorme aantal massieve sterren, is het de verwachting dat over zo’n 40 miljoen jaar in relatief korte tijd ruim 1000 supernovae zullen plaatsvinden! Uiteindelijk zal de cluster zich vermoedelijk ontwikkelen tot een bolvormige sterrenhoop, met vooral oude sterren van lage massa én de compacte restanten van massieve sterren.

Bron: Sci-News

Noot van AstroBlogs:

De bolhoop die Westerlund 1 ooit zal gaan worden, zal helaas geen eeuwig leven beschoren zijn. Dat is namelijk het trieste lot van alle “jonge” bolhopen die binnen de schijf van de Melkweg geboren worden. Deze worden namelijk langzaam uiteen getrokken door getijdenkrachten, die worden opgewekt door de honderden miljoenen ándere sterren in het melkwegstelsel. Over een paar miljard jaar zal Westerlund 1 helemaal vervlogen zijn, diens sterren verspreid over de gehele Melkweg.

Da’s meteen de reden waarom de bolhopen die we momenteel kunnen zien rondom de Melkweg allemaal oud zijn: ze zijn ontstaan vóórdat de schijf van de Melkweg gevormd werd en draaien daarom nogal willekeurig rondom het centrum. Als gevolg hiervan ervaren ze minder getijdenkrachten en worden ze veel langzamer uit elkaar getrokken. De oudjes overleven het dus 🙂

Sentinel-2B met succes naar de ruimte gebracht

Credit: ESA–Stephane Corvaja, 2017

De door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA ontwikkelde satelliet Sentinel-2B is dinsdagochtend met succes naar de ruimte gebracht. De 1,1 ton wegende satelliet werd gelanceerd vanaf de Europese ruimtehaven in het Frans-Guyaanse Kourou. Hij werd in een baan om de aarde gebracht door een Vega-raket.

De Vega-raket begon om 02.49 uur (onze tijd) aan zijn reis naar de ruimte. 1,55 minuten na liftoff werd de eerste trap van de raket volgens plan afgestoten. De tweede en derde trap werden 3,39 en 6,32 minuten na de start van de lancering afgeworpen. Na nog twee korte ontbrandingen bracht Vega’s bovenste trap Sentinel-2B naar zijn bestemming.

De satelliet werd 57 minuten en 57 seconden na de start van de lancering losgekoppeld van de raket. Vervolgens werd er een link gelegd met de grond, waarna Sentinels systemen opgestart konden worden. De komende drie dagen zijn technici op aarde druk bezig met het kalibreren van instrumenten aan boord van de satelliet. Sentinel-2B zal naar verwachting over drie tot vier maanden volledig operationeel zijn.

Binnen de Sentinel-2-missie worden twee identieke satellieten gebruikt om de aarde in de gaten te houden en hogeresolutiebeelden van onze planeet te maken. Deze beelden, die van ongekende scherpte zijn, kunnen onder andere bossen monitoren, vervuiling in meren opsporen en rampgebieden in kaart te brengen.

De eerste satelliet van het Sentinel-2-duo werd op 23 juni 2015 gelanceerd. De twee ‘broertjes’ zweven in dezelfde baan om de aarde, maar bevinden zich ten opzichte van elkaar continu aan de andere kant van de aarde. Het tweetal zal samen iedere vijf dagen alle landmassa’s tussen de breedtegraden 84°S en 84°N in kaart brengen. Dat doen ze ieder met een innovatieve multi-spectrale hogeresolutiecamera met 13 spectrale banden. Deze camera’s moeten een nieuwe kijk bieden op de aarde.

Sentinel-2 is een van de zes reeksen Sentinel-satellieten die samen het Europese Copernicus-programma vormen. Samen moeten ze nieuwe informatie verzamelen over de landmassa’s, oceanen en de afmosfeer van de aarde.

Bron: European Space Agency

Ook open sterrenhopen kunnen meerdere generaties van sterren bevatten

Credit: NASA/JPL-Caltech/M. Meixner (STScI) & the SAGE Legacy Team

Astronomen zijn erachter gekomen dat open sterrenhopen meerdere generaties van sterren kunnen bevatten. Dat is als een enorme verrassing gekomen, omdat sterrenkundigen altijd dachten dat alle sterren binnen zo’n sterrenhoop ongeveer tegelijkertijd (binnen een paar miljoen jaar) moeten zijn ontstaan. Nu zijn in sterrenhopen in de Grote Magelhaanse Wolk zo’n 15 sterren aangetroffen die veel jonger zijn dan de overige sterren in de sterrenhoop. Wellicht zijn deze sterren ontstaan vanuit interstellair gas dat de sterrenhoop is “binnen gedrongen”, maar die mogelijkheid is uitgesloten door radiowaarnemingen. Dat betekent dat de sterren moeten zijn ontstaan vanuit materiaal dat door oudere sterren in de sterrenhoop is uitgestoten. Schijnbaar kunnen open sterrenhopen dus meerdere generaties van sterren bevatten. Eerder is bij bolvormige sterrenhopen hetzelfde vastgesteld, dus het lijkt erop dat we sterrenhopen tientallen jaren lang helemaal verkeerd begrepen hebben!

Bron: International Centre for Radio Astronomy Research

Actief cryovulkanisme aangetoond op dwergplaneet Ceres

credit: NASA/JPL-Caltech/M. Meixner (STScI) & the SAGE Legacy Team

Tot de meest opmerkelijke eigenschappen van de dwergplaneet Ceres behoren de heldere vlekken in het centrum van de Occator-krater. Nu hebben waarnemingen, die verricht zijn door de Dawn-ruimtesonde, uitgewezen dat het heldere materiaal is opgebouwd uit speciale minerale zouten. Deze hebben een leeftijd van ongeveer vier miljoen jaar en da’s een stuk jonger dan de leeftijd van de omringende krater, die zo’n 30 miljoen jaar oud is.

Maar hoe kunnen ze die leeftijden bepalen? Nou, door kraters te tellen. Astronomen gaan er vanuit dat een gebied met minder kraters jonger moet zijn dan een gebied met meer kraters. Aangezien de camera’s een boord van Dawn, die al enige jaren rondjes draait om Ceres, een extreem hoge resolutie hebben, zijn zelfs de kleinste kratertjes zichtbaar. Dat betekent dat de betrokken astronomen veel vertrouwen hebben in hun leeftijdbepalingen.

Goed, die Occator-krater meet zo’n 92 kilometer in diameter. In het midden bevindt zich een “kuil” met een diameter van 11 kilometer en een diepte tot 750 meter. Binnen deze kuil heeft zich een soort van heuvel of koepel opgebouwd, die Cerealia Facula is gedoopt en een bijzonder hoge helderheid heeft. Spectrummetingen hebben uitgewezen dat de heuvel is opgebouwd uit minerale zouten, waaronder natriumcarbonaat (soda!).

Door te kijken naar de leeftijd van en de vorm van het materiaal rondom de heuvel, zijn de onderzoekers tot een opmerkelijke conclusie gekomen. Cerealia Facula moet zijn ontstaan door een langdurig proces van uitbarstingen. Met andere woorden: we hebben hier te maken met heus cryovulkanisme! Vergelijkbare koepels zijn ook aangetroffen op de Jupitermanen Calllisto en Ganymedes en ook hier vermoeden wetenschappers dat cryovulkanisme de bron moet zijn.

Ceres is nu het dichtstbijzijnde hemellichaam met actief ijsvulkanisme. Overigens hangt boven de Occator soms een mist van gesublimeerd ijs. Dat lijkt te suggereren dat het vulkanisme nog altijd aan de gang zou kunnen zijn 🙂

Bron: Max Planck Instituut

Het heelal op schaal

Olaf Frohn, die we vooral kennen van de prachtige infografieken over de ruimtevaartmissies in het zonnestelsel, heeft een kaart gemaakt, waarop het heelal op schaal gevisualiseerd is. Het is een logaritmische kaart, met links de kleinste afstanden vanaf de zon, rechts de allergrootste afstanden tot de CMB, de Cosmic Microwave Background, de kosmische microgolf-achtergrondstraling, die dateert van 379.000 jaar na de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden – dubbelklikken om te verlogaritmiseren.

Credit: Olaf Frohn

Bron: Armchair Astronautics.

Enorme “brug” ontdekt tussen twee nabije sterrenstelsels

credit: V. Belokurov / D. Erkal / A. Mellinger.

De Magelhaanse Wolken, de twee grootste satelliet-sterrenstelsels van ons melkwegstelsel, zijn via een soort van brug met elkaar verbonden, zo blijkt uit recent onderzoek. Deze brug bestaat uit gas en sterren en is ruim 43.000 lichtjaar lang! Maar hoe zijn de astronomen tot deze conclusie gekomen?

Hierbij is gebruik gemaakt van de Gaia-satelliet, die momenteel bezig is om miljoenen sterren in kaart te brengen, om te speuren naar variabelen sterren van de RR Lyrae categorie. Deze zijn in flinke aantallen aangetroffen in de richting van de Magelhaanse Wolken. De betrokken onderzoekers zijn hierbij twee zaken te weten gekomen.

Ten eerste blijkt de Grote Magelhaanse Wolk een gigantische halo te hebben van oude sterren, die zich uitstrekt tot een afstand van 20 hemelgraden van de zichtbare schijf. Het grootste satellietstelsel van de Melkweg kan deze sterren alleen vasthouden als deze een massa heeft van bijna één-tiende de massa van de Melkweg. Dat zou betekenen dat de Grote Magelhaanse Wolk veel groter is dan gedacht!

Daarnaast hebben de onderzoekers ook een gigantische brug aangetroffen tussen de Grote en Kleine Magelhaanse Wolken. Deze brug bevat veel sterren en ook gas. De onderzoekers vermoeden dat zowel de sterren als het gas voor het grootste deel afkomstig zijn uit de Kleine Magelhaanse Wolk en 200 miljoen jaar geleden zijn weggeslingerd, als gevolg van een “close encounter” met de buurman de GMW.

Bron: Royal Astronomical Society

Twee camera’s aan boord van de Japanse Venussonde Akatsuki zijn gestopt

Credit: JAXA

De Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA heeft deze week laten weten dat twee van de vijf camera’s aan boord van de Akatsuki, de sonde die om de planeet Venus draait, gestopt zijn. Het gaat om twee infraroodcamera’s, de IR1 en IR2, die teveel schade hebben opgelopen door straling van Venus en die daardoor niet goed meer werken. JAXA heeft de camera’s niet definitief uitgezet, maar zal ze later weer herstarten, in de hoop dat het probleem verminderd is, maar dat lijkt ijdele hoop. Door de straling lijken elektronische onderdelen van de camera’s beschadigd te zijn en dat valt niet meer te herstellen. Met die camera’s kon men de warmte van gesteente op het oppervlak van Venus waarnemen. IR1 keek daarbij naar een golflengte van 1-µm , IR2 naar een golflengte van 2-µm.

Credit: JAXA

Met IR2 werd eerder een grote vortex in de atmosfeer van Venus ontdekt, zie de afbeelding hierboven. De draaikolk komt voor in de lagere delen van de atmosfeer van Venus.

Credit: JAXA

De drie overige camera’s van Akatsuki doen het nog wel – een lange golf-IR camera, ultraviolet imager en een bliksem en airglow camera. Onlangs werd met één van die camera’s nog een enorme structuur waargenomen in de hogere delen van de dichte atmosfeer van Venus, die de vorm van een boeggolf had en die wel 10.000 km lang was (zie afbeelding hierboven). Vreemd genoeg weet die golf het uit te houden, ondanks de winden die er continu omheen waaien met een snelheid van wel 360 km/uur. Japanse wetenschappers denken dat het gaat om een ‘gravity wave‘,  iets dat kan voorkomen in vloeistoffen en gassen – niet te verwarren met gravitatiegolven of zwaartekrachtsgolven, rimpels in de ruimtetijd. Bron: JAXA.

Mars Express ziet restanten van een mega-overstroming

ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

De Europese satelliet Mars Express heeft de restanten gefotografeerd van een gigantische overstroming op de Rode Planeet. Het gaat om een geulenstelsel met een lengte van ruim 3000 kilometer. Dit geulenstelsel wordt Kasei Valles genoemd en stroomt van het hoogland van Echus Chasma richting de uitgestrekte vlaktes van Chryse Planitia. Als gevolg van een combinatie van vulkanisme en plaattektoniek is zo’n 3,5 miljard jaar geleden een enorme hoeveelheid grondwater naar boven gekomen. Deze heeft vervolgens een uitgestrekt netwerk van rivierbeddingen en ravijnen uitgekerfd, die in sommige gevallen wel 500 kilometer breed zijn.

Credit: NASA MGS MOLA Science Team

Op de foto is ook een 25 km brede inslagkrater zichtbaar, Worcester Crater genoemd, die midden in de “vuurlinie” van de megavloed gestaan moet hebben. De krater laat namelijk de duidelijke sporen zien van watererosie. Dat geldt niet voor de naburige krater, die derhalve van jongere datum moet zijn dan de Martiaanse zondvloed. De foto in kwestie is gemaakt op 25 mei 2016 en laat het gebied zien rondom de “monding” van Kasei Valles.

ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Bron: European Space Agency