27 februari 2021

Dít is het signaal van de allereerste sterren in het heelal

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

Gisteren werd bekendgemaakt dat sterrenkundigen er met een relatief simpele radioantenne in geslaagd zijn om een signaal te ontdekken van de allereerste sterren in het heelal, zware blauwe sterren die al 180 miljoen jaar na de oerknal gingen schijnen – een ontdekking die wellicht een staartje krijgt omdat de waarneming óók wijst op een interactie van materie met donkere materie in het vroege heelal. Zoals ik gisteren schreef zien de sterrenkundigen die vroegste sterren niet direct. Wat ze wel zien is een dip in de sterkte van de kosmische microgolf-achtergrondstraling bij een golflengte van 78 MHz (betrouwbaarheid van de metingen: 3,8 sigma! Een onafhankelijke bevestiging door een ander instrument is nog wel nodig). Die dip zat oorspronkelijk bij 1,4 GHz (golflengte 21 cm), maar door de uitdijing van het heelal is ‘ie opgeschoven naar het rode deel van het spectrum. De dip ontstond toen de eerste sterren gingen schijnen en ultraviolet licht gingen uitstralen. Dat UV-licht zorgde er voor dat het neutrale waterstofgas, dat toen het gehele heelal vulde, in een aangeslagen toestand raakte en z’n electronen kwijt raakte, de in 1944 door v.d. Hulst ontdekte hyperfijne overgang. Daarmee begon de zogeheten ‘Epoch of Reionization’, het tijdperk in het heelal dat het neutrale waterstofgas ioniseerde. Toen het gas niet meer neutraal was ging het reageren met de fotonen van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (CMB), het restant van de hete oerknal, die 180 miljoen jaar eerder plaatsvond (inmiddels 13,8 miljard jaar terug in de tijd). De waterstofatomen absorbeerden de CMB-fotonen en het is die absorptie die als dip in onderstaande grafiek te zien is.

Credit: Judd Bowman et al.

Dít is dus het gevonden signaal van de allereerste sterren in het heelal. Rond 180 miljoen jaar na de oerknal zien we de dip ontstaan, wijzend op het oplichten van de sterren. De diepte van de dip is een belangrijk gegeven. Volgens het standaard Lambda-CDM model van het heelal zou bij een roodverschuiving z=17 de temperatuur van de 21cm-lijn -0,22K moeten zijn. De onderzoekers komen op -0,5K uit, twee keer zo koud. Het is deze opvallende afwijking van het model die de sterrenkundige Rennan Barkana (Universiteit van Tel Aviv) doet vermoeden dat dit wijst op een interactie die toen moet hebben plaatsgevonden tussen waterstof en donkere materie, waardoor het gas extra werd afgekoeld.  Bron is deze tweet van Stacy McGaugh:

Comments

  1. Bart Bruijn zegt

    Ik weet er niet genoeg van en ik weet niet waar ik het kan uitzoeken zonder veel tijdsverlies. Maar ben ik de enige die moeite heeft met minus graden Kelvin? Of is dit een berekening met relatieve temperaturen die ‘gemeten’ worden als gevolg van de uitdijing?

  2. Klopt, ik denk niet dat hier sprake is van een negatieve temperatuur in Kelvin, maar dat het relatief is t.o.v. de gemiddelde temperatuur van de CMB, 2,725 ± 0,001 K.

  3. Het idee wat hier achter zit is briljant, dat het er ook nog uit komt met al die aardse stoorsignalen is fantastisch.
    Wellicht kan LOFAR deze dip binnen een mum van tijd bevestigen, hebben we wat om over na te denken…

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: