20 oktober 2018

Bijna de complete hemel in het vroege heelal gloeit van de Lyman-alfa-straling

Bij ‘diepe’ waarnemingen met de MUSE-spectrograaf van de Very Large Telescope van ESO zijn rond verre sterrenstelsels immense kosmische reservoirs van atomaire waterstof ontdekt. De buitengewone gevoeligheid van MUSE heeft deze vage waterstofwolken in het vroege heelal, die een gloed van Lyman-alfa-straling vertonen, rechtstreeks waarneembaar gemaakt. Daarbij is vastgesteld dat bijna de hele nachthemel een onzichtbare gloed vertoont. Credit:
ESA/Hubble & NASA, ESO/ Lutz Wisotzki et al.

Een internationaal team van astronomen heeft, met behulp van het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope(VLT), een onverwachte overvloed aan Lyman-alfa-straling ontdekt in het zogeheten Hubble Ultra Deep Field (HUDF). De ontdekte straling bestrijkt bijna dit hele beeldveld. Via extrapolatie komt het team tot de conclusie dat bijna de gehele hemel een onzichtbare gloed van Lyman-alfa-straling uit het vroege heelal vertoont1.

Digitized Sky Survey-opname van het Hubble Ultra Deep Field en omgeving.

Astronomen zijn er al heel lang aan gewend dat de hemel er op verschillende golflengten heel anders uitziet, maar de uitgestrektheid van de waargenomen Lyman-alfa-straling kwam toch als een verrassing. ‘Je realiseren dat de hele hemel een gloed van zichtbaar licht vertoont terwijl je bezig bent de Lyman-alfa-straling van verre waterstofwolken waar te nemen, was een echte openbaring,’ aldus Kasper Borello Schmidt, een lid van het team van astronomen achter dit resultaat.

Dit is een geweldige ontdekking!’, voegt teamlid Themiya Nanayakkara daaraan toe. ‘Besef de volgende keer dat je naar een maanloze nachthemel kijkt en de sterren ziet, dat de hemel een onzichtbare gloed van waterstof vertoont: de oudste bouwsteen van het heelal, die de hele nachthemel doet oplichten.

Het Hubble Ultra Deep Field in het sterrenbeeld Oven

Het HUDF-gebied dat door het team is waargenomen, is een in andere opzichten onopvallend stukje hemel in het sterrenbeeld Fornax (Oven), dat in 2004 beroemd werd toen meer dan 270 uur kostbare waarneemtijd van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA werd besteed om hier dieper dan ooit het heelal in te kijken.

De HUDF-waarnemingen lieten zien dat dit schijnbaar donkere stukje hemel is bezaaid met duizenden sterrenstelsels, wat nog maar eens bewees hoe ontzaglijk groot het heelal is. Dankzij de uitstekende mogelijkheden van MUSE kunnen we nu nog dieper de ruimte in kijken. De detectie van Lyman-alfa-straling in het HUDF is de eerste keer dat astronomen deze zwakke straling van de gasomhulsels van de vroegste sterrenstelsels hebben kunnen waarnemen. In deze compositiefoto is de Lyman-alfa-straling in blauw over de beroemde HUDF-opname heen gelegd.

MUSE, het instrument achter deze nieuwste waarnemingen, is een geavanceerde integraal-veldspectrograaf die gekoppeld is aan Unit Telescope 4 van de VLT op ESO’s Paranal-sterrenwacht2. Wanneer MUSE de hemel waarneemt, registreert hij voor elke pixel in zijn detector de verdeling van de golflengten in het binnenkomende licht. Door naar het volledige lichtspectrum van astronomische objecten te kijken, krijgen we een goed beeld van de astrofysische processen die zich in het heelal afspelen3.

Deze MUSE-waarnemingen geven ons een volledig nieuwe kijk op de diffuse gasomhulsels van de sterrenstelsels in het vroege heelal’, aldus Philipp Richter, een ander lid van het onderzoeksteam.

Het internationale team van astronomen dat deze waarnemingen heeft gedaan, heeft wel ideeën over wat deze verre wolken van waterstof ertoe brengt om Lyman-alfa-straling uit te zenden, maar de precieze oorzaak blijft een mysterie. Maar omdat men denkt dat deze zwakke gloed alomtegenwoordig is aan de nachthemel, zal verder onderzoek naar verwachting meer duidelijkheid geven over de oorsprong ervan.

In de toekomst zijn we van plan nog geavanceerdere metingen uit te voeren’, zegt teamleider Lutz Wisotzki. ‘We willen uitzoeken hoe deze uitgestrekte kosmische reservoirs van atomaire waterstof over de ruimte zijn verdeeld.’ Bron: ESO.

Noten
  1. Licht verplaatst zich verbluffend snel, maar met een eindige snelheid, wat betekent dat het licht van verre melkwegstelsels dat de aarde bereikt, lang onderweg is geweest. Dat geeft ons een venster op het verleden, op een tijd dat het heelal veel jonger was dan nu. []
  2. Unit Telescope 4 van de VLT, Yepun, omvat een scala aan uitzonderlijke wetenschappelijke instrumenten en technologisch geavanceerde systemen, waaronder de Adaptive Optics Facility, die onlangs werd bekroond met de Paul F. Forman Team Engineering Excellence Award van de American Optical Society. []
  3. De Lyman-alfa-straling die MUSE waarneemt, is afkomstig van atomaire elektronovergangen in waterstofatomen waarbij straling vrijkomt met een golflengte van ongeveer 122 nanometer. In die hoedanigheid wordt deze straling volledig geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde. Alleen roodverschoven Lyman-alfa-straling van extreem verre sterrenstelsels heeft een voldoende lange golflengte om ongehinderd de aardatmosfeer te passeren, en te worden gedetecteerd met telescopen op de grond. []

Reacties

  1. Je vraagt je dan af waarom dat dan niet eerder ontdekt is als je deze publicaties bekijkt.
    https://sciencesprings.wordpress.com/tag/lyman-alpha-ly%CE%B1-line/
    http://hubblesite.org/hubble_discoveries/science_year_in_review/pdf/2012/exploring_lyman_alpha_and_lyman_break_galaxies.pdf
    Ik begrijp dat die MUSE er geen probleem mee heeft om een mooi plaatje van de evolutie op verschillende golflengtes te maken wat de Hubble blijkbaar ontgaan is.

  2. “Bijna…”

    Ik realiseer me wel, dat het ook nooit goed is, dat we (Ik ! ) ook nooit tevreden zijn, maar waarom slechts bijna.
    Waarom niet helemaal? Waarom waren er dan ook nog gebiedjes die niet gloeiden van de Lyman-alfastraling?

    En als er dan zo veel onverwachte alfastraling was, waren er dan ook onverwacht meer alfadeeltjes : is er meer materie ontdekt, zodat er minder tot geen donkere materie meer noodzakelijk is “voor de berekeningen” ?

    Groet, Paul

    • Tis een beetje verwarrend @Paul, de Lyman alfa spectraallijn zijn UV fotonen (massaloos) die vrijkomen als de baan van het elektron wijzigt rond de waterstofkern, terwijl de ioniserende alfa straling complete heliumkernen zijn dus zonder elektronen.

Laat wat van je horen

*

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