Signaal eerste sterren heelal mogelijk ook een directe aanwijzing voor bestaan donkere materie

Radiostraling in het heelal, geproduceerd door de interactie tussen straling van de eerste sterren en donkere materie. Credit: Prof. Rennan Barkana.

De sterrenkundige Rennan Barkana (Universiteit van Tel Aviv) denkt dat de detectie van het signaal van de allereerste sterren in het heelal – eerder deze avond bekendgemaakt – mogelijk een ongewilde, maar zeer opwindende bijvangst heeft, namelijk een aanwijzing voor het bestaan van donkere materie. In een tweede artikel in Nature, dat morgen zal verschijnen, gaat de onderzoeker nader in op de constatering dat het waterstofgas 180 miljoen jaar na de oerknal twee keer zou koud blijkt te zijn als men eerst dacht. Barkana denkt dat dat komt omdat het waterstofgas in het vroege heelal in interactie was met donkere materie en dat de donkere materie bestaat uit lichte deeltjes, niet zwaarder dan enkele keren de massa van het proton. Met toekomstige radiotelescopen zoals SKA moet het volgens Barkana mogelijk zijn om de invloed van de koeling door de interactie van het waterstofgas met de donkere materie te zien in de kosmische microgolf-achtergrondstraling, waarvan je een impressie in de afbeelding bovenaan ziet. Bron: Universiteit van Tel Aviv.

Signaal gedetecteerd van de eerste sterren in het heelal, 180 miljoen jaar na de oerknal

Een impressie van de allereerste sterren in het heelal, die vermoedelijk zeer zwaar en blauw waren. Credit: N.R.Fuller/National Science Foundation

[Update 22.00 uur] Ik wijs de lezer ook op dit artikel, waarin te lezen dat dat de sterrenkundige Rennan Barkana suggereert dat onderstaande ontdekking ook wijst op het bestaan van donkere materie. Het waterstofgas zou namelijk afkoelen als gevolg van de interactie met lichte deeltjes donkere materie, welke afkoeling door Bowman’s groep is gedetecteerd.

Een internationaal team van sterrenkundigen is erin geslaagd om met een radioantenne die niet groter is dan een koelkast signalen te detecteren afkomstig van de allereerste sterren in het heelal, zeer zware blauwe sterren (de zgn. Populatie III sterren), die al 180 miljoen jaar na de oerknal voorkwamen (bij een roodverschuiving z=17, de oerknal zelf vond 13,8 miljard jaar geleden plaats). Gebruikmakend van de Experiment to Detect Global EoR Signature (EDGES) radioantenne in West-Australië kon men na twaalf jaar ‘luisteren’ een signaal in het radiogolfgebied oppikken dat door die allereerste sterren werd gemaakt.

Dat is ‘m, de EDGES antenne. Credit: udd Bowman/Arizona State University

De sterren zelf zijn op die afstand niet direct zichtbaar, maar wel het waterstofgas, dat die sterren omringde en dat door de ultraviolette straling van de sterren ioniseerde, waarbij de elektronen loskoppelden van de waterstofkernen. Als gevolg daarvan ging het waterstof de fotonen van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB) absorberen, leidend tot dips in de CMB bij frekwenties tussen 65 megahertz (MHz) en 95 MHz. En het zijn die dips die door EDGES zijn waargenomen – met name één dip die optrad bij 78 MHz.

Een tijdlijn van het heelal. 180 miljoen jaar na de oerknal verschenen de eerste sterren. Credit: N.R.Fuller/National Science Foundation

Uit de metingen blijkt dat het waterstofgas kouder moet zijn geweest dan men eerst dacht, met een temperatuur van slechts 3K twee keer zo koud als eerdere schattingen. Met EDGES kijkt men naar de zogeheten Epoch of Reionization (EoR), een tijdperk dat ook door instrumenten zoals LOFAR wordt bestudeerd en waarin de allereerste sterren het neutrale waterstofgas ioniseerden. In Nature verschijnt morgen een artikel over deze ontdekking. Hieronder een video over de ontdekking van het signaal van de allereerste sterren in het heelal.

Bron: MIT.

Hoe NASA’s zoektocht naar buitenaards leven steeds meer vertrouwt op Artifical Intelligence.

De grootste slag nog te slaan voor robots in de ruimtevaart, op hun zoektocht naar buitenaards leven, is ze net zo effectief als mensen  creatieve en meer nog,  intuïtieve  beslissingen te  kunnen laten maken. Het lijkt erop dat deze lacune met AI in de niet al te verre toekomst gedicht gaat worden. Lees verder

De Melkweg golft als gevolg van interacties met een dwergstelsel

Impressie van de golvende Melkweg. Credit: T. Mueller / NASA / JPL-Caltech

Het Melkwegstelsel blijkt te golven als gevolg van interacties met een dwergsterrenstelsel, aldus een vandaag in Nature verschenen studie van een internationaal team van sterrenkundigen, dat onder leiding stond van Maria Bergemann. Het team bestudeerde de afgelopen vijf jaar twee clusters van sterren in de Melkweg, de een boven het vlak van de Melkweg gelegen, het andere er onder. Eerder dacht men dat die twee clusters, A13 (sterren van de ‘A13 en de Monoceros Ring’) en TriAnd (sterren van de ‘Triangulum-Andromeda Clouds’) genaamd, ingevangen restanten waren van een ander sterrenstelsel, die in de Melkweg terecht waren gekomen. Maar het blijkt andersom te zijn: de groepen sterren zijn boven en onder het vlak van de Melkweg uitgekomen (tot wel 5 kiloparsec = 14.000 lichtjaar) als gevolg van de interactie door getijdewerking met een passerend dwergstelsel. De sterrenkundigen bestudeerden met de Keck en VLT telescopen de snelheid van de sterren in de groepen en hun chemische samenstelling. Die samenstelling van de sterren komt overeen met die van sterren in het vlak van de Melkweg, niet met sterren in dwergstelsels. Op grond daarvan  concludeert men dat de sterren oospronkelijk in het vlak van de Melkweg lagen. De beweging van de twee groepen laat zien dat de gehele Melkweg golft, ‘oscilleert’ zoals ze dat noemen, en de sterren in zo’n golf mee bewegen, als eendjes in golvend water. Bron: Max Planck Instituut.

Wie kwam als eerste aan met de term ‘donkere materie’?

Henri Poincaré. Credit: Wikipedia Public Domain.

Boeiende vraag, nietwaar? Wie kwam als eerste aan met de term ‘donkere materie’? Nee, het was niet Vera Rubin, die begin jaren zeventig door metingen aan de rotatiesnelheid van sterren in andere sterrenstelsels het bestaan van donkere materie vermoedde. Het was ook niet Fritz Zwicky die in 1933 aan de hand van de Comacluster berekende dat er meer massa moest zijn dan hij kon zien. Het was evenmin Jan Oort, die in 1932 als eerste de snelheid van sterren in de buurt van de zon bestudeerde om aan de hand daarvan te zien hoeveel onzichtbare sterren er waren. En tenslotte was het ook niet Jacobus Kapteyn, die al in 1922 de verdeling van massa, krachten en snelheden in de Melkweg bestudeerde en die op grond daarvan inschatte dat er ook verborgen, donkere materie moest zijn.

Afbeelding uit Poincaré’s The Milky Way and the theory of gases. Credit: Harvard/ADS.

Nee, de eer voor degene die als eerste kwam met de term donkere materie was… de Franse natuurkundige Henri Poincaré, die het in 1906 in zijn ‘The Milky Way and the theory of gases‘ noemde, een artikel waarin hij inging op een suggestie die de Engelsman Lord Kelvin in 1904 in z’n Baltimore Lezingen deed, namelijk dat je aan de hand van de verspreiding van snelheden van sterren in de Melkweg kon inschatten hoeveel massa de Melkweg moest hebben en daarmee hoeveel sterren er waren die je niet kon zien.

Credit: Harvard/ADS

Hoewel hij de term donkere materie gebruikte dacht Poincaré niet dat ’t zou bestaan. “… since his number is comparable to that which the telescope gives, then there is no dark matter, or at least not so much as there is of shining matter”, schreef hij in reactie op Kelvin’s idee. De informatie over de geschiedenis van het gebruik van de term donkere materie komt uit het zeer nuttige en leesbare artikel A History of Dark Matter van Gianfranco Bertone and Dan Hooper.

Bron: Francis Naukas.

Vanaf zaterdag zijn er weer de Kaiser Lente Lezingen in Leiden

In 2018 zal de 5e editie van de Lente Lezingen in de Oude Sterrewacht in Leiden gehouden worden, het eerste lustrum! De lezingen zullen plaatsvinden op 3, 10, 17 en 24 maart. Alle lezingen starten om 14:00. De kaarten voor de lezingen kosten €4,- per persoon per lezing. De lezingen duren 45 minuten en zijn bedoeld voor algemeen publiek. Na elke lezing is er 15 minuten lang de gelegenheid om vragen te stellen. Hier het programma:

  • Op 3 maart zal Malcolm Fridlund (Universiteit Leiden) spreken over de geschiedenis van ruimte-exploratie. Let op: deze lezing zal in het Engels gegeven worden.
  • Op 10 maart zal Fred Jansen (ESA/ESTEC) zijn lezing over de Rosetta missie geven.
  • Op 17 maart zal Arno Wielders (ESTEC, Mars One) vertellen over de plannen om de mens naar Mars te brengen.
  • Op 24 maart sluit Angelo Vermeulen (TU Delft) af met een lezing over het vernieuwende ontwerp voor een evoluerend ruimteschip.

Meer info en kaarten bestellen via de Oude Sterrewacht.

22 jaar SOHO, één volledige zonnecyclus

Credit: SOHO (ESA & NASA)

Op 2 december 2017 was de Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) precies 22 jaar in de ruimte. Bij de lancering eind 1995 werd gedacht dat ‘ie het drie jaar uit zou houden, maar hij werkt nog steeds en inmiddels is ‘ie 22 jaar, 2 maanden en 24 dagen bezig om dagelijks de zon in de gaten te houden. Die 22 jaar is ook een volledige cyclus van de zon. Normaal spreken we van de 11-jarige cyclus van zonneactiviteit, waarvoor de aantallen zonnevlekken een graadmeter zijn, maar bij de volledige cyclus kijken we ook naar de magnetische activiteit. Gedurende de 11-jarige periode gaat de magnetische pool geleidelijk van noord naar zuid (of andersom), na de volledige cyclus van 22 jaar is het magnetisch veld weer zoals ‘ie begon. In de afgelopen 22 jaar heeft SOHO met z’n Extreme ultraviolet Imaging Telescope iedere lente de corona van de zon gefotografeerd, de extreem hete atmosfeer van de zon (tot wel 2 miljoen graden), die zich tot miljoenen kilometers voorbij het oppervlak van de zon uitstrekt. Van al die foto’s is bovenstaande compositie gemaakt. Op die foto zien we goed de rustige jaren van de minima, als er weinig of geen vlekken zijn, en de drukke jaren van de maxima, als er veel zonnevlekken te zien zijn. Bron: ESA.

Krachtige vlam waargenomen door ALMA op Proxima Centauri – niet best voor de leefbaarheid van Proxima b

Impressie van de vlam die uitbarst op Proxima Centauri. Rechtsonder de planeet Proxima b. Credit: Roberto Molar Candanosa / Carnegie Institution for Science, NASA/SDO, NASA/JPL

Gebruikmakend van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili hebben sterrenkundigen op 24 maart 2017 een krachtige stervlam waargenomen op Proxima Centauri, de ster die na de zon het meest dichtbij de aarde staat. Binnen enkele minuten waren er twee krachtige uitbarstingen te zien, waarvan de grootste uitbarsting, die iets langer dan tien seconden duurde, de ster wel duizend keer lichtsterker maakte. Proxima Centauri is een rode dwergster van spectraalklasse M en daarvan was al bekend dat die sterke uitbarstingen kunnen hebben, hetgeen net als bij de (minder sterke) zonnevlammen van onze eigen zon te maken heeft met veranderingen in het stermagnetisch veld. De exoplaneet Proxima b, die twintig keer dichterbij z’n ster staat dan de aarde bij de zon, moet een enorme lading straling hebben ontvangen van de vlam die dag, iets wat voor eventueel leven op de planeet dodelijk moet zijn geweest – de straling moet 4000 keer hoger zijn geweest dan de aarde bij een grote zonnevlam ontvangt.

In oranje de eerste kleinere uitbarsting, in blauw de versterkte straling die gepaard ging met de uitbarsting, in rood de tweede, grootste uitbarsting. Credit: Meredith MacGregor, Carnegie

Proxima Centauri heeft vaker kleinere vlammen, die vooral röntgenstraling bevatten. Een eventuele atmosfeer of oceaan op Proxima b moet daardoor al lang verdampt zijn en het oppervlak moet volledige steriel zijn. Uit de waarnemingen blijkt ook dat Proxima Centauri niet omgeven is door stofgordels, zoals eerder werd gedacht. Die zou de blauwe gedeeltes van straling in milligolflengtes in de grafiek hierboven ver vlakbij de ster (afstand 1-4 AE) oorzaken, maar dat blijkt slechts schijn te zijn. In werkelijkheid houdt de straling verband met de uitbarstingen. Wel zou er nog een stofgordel op grotere afstand kunnen zijn (rond 30 AE). Het vakartikel Detection of a millimeter flare from Proxima Centauri, van M. MacGregor, et al. verscheen in the Astrophysical Journal Letters. Bron: NRAO.

Theorie donkere materie onder vuur door dwergstelsels en lage helderheidsstelsels

Het sterrenstelsel Centaurus A, Credit: SO/WFI, MPIfR/ESO/APEX/A Weiss et al, NASA/CXC/CfA/R Kraft et al)

De theorie van de donkere materie, die stelt dat zo’n 27% van alle massa/energie in het heelal uit donkere materie bestaat en waar afgelopen decennia veel indirect bewijs voor vergaard is, ligt de laatste tijd onder vuur en wel door de volgende twee waarnemingen:

  • ten eerste is daar de waarneming dat dwergsterrenstelsels bij grote sterrenstelsels zoals de Melkweg, het Andromedastelsel en zoals onlangs gemeten bij Centaurus A, zich niet verspreid in een grote bolvormige halo rondom het grote stelsel bevinden, maar ze zich allemaal op lijken te houden in een vlak, evenwijdig aan de schijf en dat de dwergstelsels met de schijf mee lijken te bewegen – in het geval van Centaurus A bij 14 van de 16 dwergstelsels. Dat is in tegenspraak met kosmologische simulaties van grote structuren in het heelal, die uitgaan van donkere materie als een soort van ruggegraat van die structuren en die juist die halo’s met kriskras door elkaar vliegende dwergstelsels voorspellen.

    De dwergstelsels bij Centaurus A liggen duidelijk in een bepaald vlak t.o.v. Centaurus A. Credit: Müller, Oliver et al. arXiv:1802.00081 [astro-ph.GA]

  • Ten tweede is er de waarneming dat de zogeheten low surface brightness galaxies (LSB-galaxies), diffuse gasrijke sterrenstelsels met een oppervlaktehelderheid die lager ligt dan de hemelachtergrond ’s nachts, lijken te voldoen aan de Tully-Fisher relatie. Die relatie, in de jaren zeventig opgesteld door de sterrenkundigen R.B. Tully en J.R. Fisher, stelt dat er een verband is tussen de intrinsieke helderheid van sterrenstelsels en de omloopsnelheid van de sterren in de schijf. Omdat die omloopsnelheid ook één van de manieren is om de hoeveelheid verborgen, donkere materie in een sterrenstelsel vast te stellen is de FR-relatie een belangrijke empirisch vastgestelde relatie.

    De Tully-Fisher relatie van sterrenstelsels. Bovenaan heldere stelsels (HSB’s), onderaan zwakke stelsels (LSB’s).

    Omdat LSB-stelsels voldoen aan de FR-relatie (zie afbeelding hierboven) wordt er gezegd dat ze voor het grootste gedeelte (>95%) bestaan uit donkere materie. Maar sterrenkundigen als Stacy McGaugh zijn van mening dat juist het omgekeerde geldt: waarom zouden LSB-stelsels qua samenstelling van gewone en donkere materie afwijken van gewone sterrenstelsels, waarom zou de gewone materie er verdwenen zijn en zou er verhoudingsgewijs meer donkere materie zijn? McGaugh denkt dat er iets anders aan de hand is: de theorie van de zwaartekracht klopt niet, er zou sprake zijn van een gemodificeerde theorie van de de zwaartekracht. De LSB’s lijken dus uit meer donkere materie te bestaan, maar dat is volgens McGaugh onjuist en moet er juist gesleuteld worden aan de wetten van Newton, die aan de basis staan van de theorie van de donkere materie.

De discussie over de waarnemingen en de implicaties ervan is volop gaande en het laat goed zien dat theorieën zich altijd staande moeten houden tegen de waarnemingen, dat ze niet in tegenspraak met elkaar mogen zijn. Het zou bijvoorbeeld kunnen dat er in het Lambda-CDM model, het model dat uitgaat van donkere energie (Lambda) en koude donkere materie (CDM), iets niet goed zit en dat dwergstelsels zich helemaal niet in een halo formeren. Ik hou jullie op de hoogte van het verdere verloop van de discussie. Bron: Starts with a Bang + Backreaction.

Zuid-Korea’s ruimtevaart; een ‘nuts and bolts’ overzicht (2)

In vogelvlucht  enkele ontwikkelingen in de Zuid-Koreaanse ruimtevaart. Hoog op de agenda staan inmiddels het  maanprogramma en de ontwikkeling van de KSLV, Korea Space Launch Vehicle, de Zuid-Koreaanse familie van draagraketten. Hieronder ook aangestipt het concept ontwerp voorstel voor een compacte lichtgewicht bimodale nucleaire raketmotor en ruimtevaart in Noord-Korea. Lees verder