15 oktober 2019

Dankzij Hubble en Spitzer weten we meer hoe de vroegste sterrenstelsels het heelal deden ‘oplichten’

Eén van de door Spitzer waargenomen stukjes van de hemel met daarin tal van vroege sterrenstelsels (zie ook de gelabelde versie hieronder). NASA/JPL-Caltech/ESA/Spitzer/P. Oesch/S. De Barros/ I.Labbe

Dankzij waarnemingen gedaan met de Hubble en Spitzer ruimtetelescopen – de één in zichtbaar en UV-licht, de ander in infraroodlicht – weten de sterrenkundigen meer over hoe de fase van reïonisatie (Engels: Epoch of Reionization, EoR) is verlopen, de fase in het vroege heelal waarin er een einde kwam aan de ‘donkere eeuwen’, toen de eerste sterrenstelsels hun licht gingen schijnen. Door de Spitzer IR-ruimtetelescoop werden in het kader van het GREATS onderzoek1 gedurende 200 uren 135 sterrenstelsels onderzocht in twee kleine stukjes aan de hemel, stelsels die bestonden toen het heelal nog maar één miljard jaar oud was, dus zo’n 13 miljard jaar geleden (het heelal is 13,8 miljard jaar oud). Uit het onderzoek aan die stelsels kwam naar voren dat ze in het infrarood veel meer straling uitzonden dan theoretisch was voorspeld. Omdat zoveel vroege stelsels die overdaad aan IR-licht hebben denken de sterrenkundigen dat het geen uitzonderingen betreft, maar dat de stelsels over het algemeen veel meer IR-straling produceerden.

De gelabelde versie van de foto, met in de rode cirkels de onderzochte sterrenstelsels. Rechtsonder een detail van één van de 135 waargenomen sterrenstelsels. Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/Spitzer/P. Oesch/S. De Barros/ I.Labbe

Naast IR-straling zonden de sterrenstelsels in dat vroege heelal ook heel veel energierijke UV-straling en röntgenstraling uit. Die straling was afkomstig van jonge, zware sterren die naast waterstof en helium ook ‘zware’ elementen (zoals stikstof, koolstof en zuurstof) bevatten, maar wel in veel geringere hoeveelheden dan de sterren die in de huidige sterrenstelsels worden aangetroffen. Mogelijk dat het die straling was die er voor zorgde dat het neutrale waterstofgas, waar het vroege heelal mee gevuld was, ioniseerde, dat wil zeggen dat door de energierijke straling de elektronen genoeg energie kregen om weg te schieten van de atoomkern en er geïoniseerd waterstofgas overbleef. Dat proces begon mogelijk zo’n 100 tot 200 miljoen jaar na de oerknal, toen de eerste sterren verschenen, waarmee de fase van van donkere eeuwen veranderde in de EoR.

Impressie van hoe een vroeg sterrenstelsel er uit zag. Credit: James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

Helemaal duidelijk wat de bron van de reïonisatie2 is het overigens nog niet. Het zouden die eerste sterren kunnen zijn, maar het zou ook de straling kunnen zijn die afkomstig was van enorme hoeveelheden hete materie die in grote accretieschijven rondom de superzware zwarte gaten in de kernen van de vroege stelsels draaiden. Het GREAT onderzoek plaveit de weg voor de James Web Space Telescope (JWST), die veel beter de vroege sterrenstelsels kan onderzoeken. Hier het vakartikel over het onderzoek, verschenen in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Spitzer.

  1. dat staat voor ‘GOODS Re-ionization Era wide-Area Treasury from Spitzer’ en GOODS daarin staat weer voor ‘Great Observatories Origins Deep Survey’, om het even ingewikkeld te maken. Aan die laatste heeft ook Hubble bijgedragen. []
  2. waarom het reionisatie wordt genoemd en niet ionisatie leg ik in deze blog uit. []

Speak Your Mind

*

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