Rychard Bouwens krijgt groot onderzoeksprogramma op ALMA-telescoop

Een deel van de ALMA-schotels op de Chajnantor-hoogvlakte in het Andesgebergte in het noorden van Chili. Credit: ESO.

Rychard Bouwens van de Leidse Sterrewacht is de eerste wetenschapper in Nederland die een ‘Large Program’ mag uitvoeren met de geavanceerde ALMA-telescoop in Chili. Samen met zijn team wil hij de unieke capaciteiten van dit observatorium gebruiken om de ontwikkeling van zware sterrenstelsels in het vroege heelal te onderzoeken. Waarneemtijd op ALMA is kostbaar; jaarlijks krijgen wereldwijd maar twee tot vier grote programma’s goedkeuring.

Een belangrijke vraag in de sterrenkunde is hoe snel sterrenstelsels zijn uitgegroeid van bijna niets in het zeer jonge heelal, tot stelsels met massa’s van tien miljard keer die van de zon nagenoeg 800 miljoen jaar later. “Met ons onderzoeksprogramma willen we de zwaarste sterrenstelsels uit de eerste 800 miljoen jaar van het heelal opsporen,” zegt Bouwens. “Met behulp van ALMA gaan we bepalen hoe snel ruimtestof opbouwt tot complete sterrenstelsels.” Met de nieuwe data hoopt Bouwens een einde te maken aan de vele lopende discussies in het onderzoek naar de vorming van sterrenstelsels.

Het tweejarige wetenschappelijke project valt in de zeer competitieve ‘Large Program’-categorie. ALMA is een geavanceerd observatorium waarmee al vele ontdekkingen zijn gedaan. Slechts twee tot vier wetenschappers per jaar mogen een Large Program uitvoeren. Dit zijn wetenschappers van over de hele wereld, uit alle deelgebieden van de astronomie. In de hele geschiedenis van ALMA zijn tot nu toe slechts 13 van deze ambitieuze programma’s goedgekeurd.

Bouwens: “ALMA is de enige bestaande waarneemfaciliteit waarmee we de eigenschappen van grote sterrenstelsels uit de eerste miljard jaar van het heelal kunnen achterhalen. We krijgen hierdoor essentiële inzichten in het stofgehalte en de dynamische eigenschappen van deze stelsels. Andere telescopen zijn niet gevoelig genoeg, of kunnen niet op de juiste golflengten meten.” Door de toekenning van een aanzienlijke hoeveelheid telescooptijd kan het team van Bouwens zes keer zo veel sterrenstelsels bestuderen als voorheen en de studie bovendien systematisch uitvoeren.

Een van de ALMA-antennes op de Chajnantor-hoogvlakte in de Andes in Noord-Chili. Credit: ESO.

Omdat veel aspecten van groeiende sterrenstelsels nog onbegrepen zijn, zal Bouwens zich op meerdere vragen richten. De eerste is de totale massa van de stelsels. “Omdat we met andere telescopen vooral het ultraviolette licht van deze sterrenstelsels waarnemen, is het lastig om hun massa te bepalen. Deze willen we weten om onze waarnemingen te kunnen vergelijken met de theoretische modellen.”

Een ander mysterie dat Bouwens wil ontrafelen is de vraag hoe het materiaal in de zware sterrenstelsels beweegt. Draait het rustig rond, zoals de materie in spiraalstelsels als onze Melkweg? Of zijn de bewegingen veel minder samenhangend? “Veel later in de kosmische tijd zijn er zowel stelsels met vloeiende, als stelsels met meer willekeurige bewegingen,” legt Bouwens uit. “Theoretische modellen suggereren willekeurige bewegingen, maar veel van onze waarnemingen laten tot nu toe verrassend genoeg juist vloeiende bewegingen zien.”

De laatste grote vraag is hoe snel ruimtestof samenkomt om snelgroeiende, zware sterrenstelsels te vormen. De stofkorrels ontstaan uit zware elementen die door hete sterren worden geproduceerd. “Er zijn veel vragen over hoe lang het duurt voordat stofkorrels zich ophopen tot grotere eenheden. Ons programma kan deze gaten in onze kennis hopelijk opvullen.”

Wetenschappelijk directeur van de Leidse Sterrewacht Huub Röttgering is enthousiast over het nieuws: “Prachtig om te zien dat ALMA nu eindelijk op een systematische manier de rol van stof en koud gas tijdens de vorming van de allereerste sterrenstelsels gaat onderzoeken. Geweldig dat Nederland onder leiding van Rychard Bouwens zo’n prominente rol speelt in dit competitieve onderzoeksveld.” Bron: Astronomie.nl.

Met Neuralink voegt Musk extra dimensie toe aan een verblijf op Mars

Neuralink is Elon Musks bedrijf dat hersen computer implantaten gaat maken. Begin juli gaf Musk in het Morrison Planetarium te San Francisco een gedetailleerde presentatie over Neuralink. Vooreerst toegepast in de geneeskunde wordt de chip, N1,  ook breder ingezet. Gaan Mars astronauten van SpaceX ook gebruik maken van de N1, zouden zij dan misschien zelfs vanuit hun nieuwe thuisbasis de Rode Planeet op tientallen miljoenen kilometers afstand via Neuralink invloed kunnen uitoefenen op aarde, zo klonken enkele van de vele vragen, naar aanleiding van de presentatie. Lees verder

Exoplaneet Kepler-107c is mogelijk het resultaat van een interplanetaire botsing

Simulaties van een botsing van exoplaneten.
Credits: Zoë M. Leinhardt and Thomas Denman, University of Bristol.

De G2-ster Kepler-107 ligt op ruim 1700 lichtjaar afstand van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Zwaan en er draaien vier planeten omheen, Kepler-107b, Kepler-107c, Kepler-107d en – yep, je raadt het al – Kepler-107e. Het is een compact systeem, want de banen van het viertal liggen allen binnen de baan van Mercurius rondom de zon, de verste staat op 0,13 AE van de ster, de dichtste op 0,045 AE (1 AE is de afstand aarde-zon, 149 miljoen km). Alle vier de planeten zijn kleiner dan Neptunus en hun banen zijn in resonantie met elkaar – die van Kepler – 107c en 107b bijvoorbeeld hebben een 3:2 verhouding. Dergelijke resonanties wijzen erop dat de planeten verder weg van de ster zijn ontstaan en vervolgens dichter naar de ster zijn gemigreerd. De leeftijd van de ster Kepler-107 is op grond van waarnemingen aan bevingen op het oppervlak van de ster (via de techniek der asteroseismologie) geschat op 4,21 miljard jaar, vergelijkbaar met de leeftijd van de zon.

De verhouding van massa en straal van de vier planeten van Kepler-107, weergegeven met de horizontale balken. Credit: Alto Bonomo (INAF-Obsservatorio Astrofisico di Torino, Italië).

Met planeet Kepler-107c schijnt iets opmerkelijks te zijn. Een team sterrenkundigen onder leiding van Alto Bonomo (INAF-Obsservatorio Astrofisico di Torino, Italië) laat zien dat de dichtheid van de planeet, afgeleid vanuit de massa (9,39 aardmassa’s) en straal (1,6 aardstralen) heel hoog is. Die bedraagt 12,65 gr/cm3, ruim twee keer zo veel als de dichtheid van Kepler-107b, die 5,3 gr/cm3 bedraagt (zie de grafiek hierboven). De sterrenkundigen hebben allerlei mogelijke verklaringen voor die hoge dichtheid onderzocht (zoals dat de planeet z’n atmosfeer en korst is kwijtgeraakt door de intense straling van de ster; dit zou dan echter ook Kepler-107b moeten zijn overkomen, die dichterbij de ster staat, maar dat is niet gebeurd) en er blijft maar één plausibele verklaring over: vroeg in de geschiedenis van het planetenstelsel van Kepler-107 moet er een botsing hebben plaatsgevonden van twee planeten van ca. 10 aardmassa’s zwaar en door die botsing moet Kepler-107c z’n schil van silicaten zijn kwijtgeraakt en bleef er alleen een compacte ijzerkern over met een hoge dichtheid, zoals wellicht ook Mercurius is overkomen. Hier het vakartikel over de exoplaneet Kepler-107c. Bron: Astrobites.

Video: de landing van de Falcon 9 met dubbele supersonische schokgolf

Credit: SpaceX.

Op vrijdag 26 juli om 00.01 uur Nederlandse tijd werd vanaf lanceerplatform 40 (SLC-40) op Cape Canaveral Air Force Station, Florida, de Dragon capsule gelanceerd met een Falcon 9 raket van SpaceX, bedoeld om het ISS weer van nuttige lading te voorzien – missie CRS-18 geheten. Via een bericht op Twitter heeft SpaceX’ baas Elon Musk een geweldige video laten zien van de landing van de Core stage, de eerste trap van de Falcon raket, een zachte landing inclusief een dubbele supersonische schokgolf.

Over die foto bovenaan (ook schitterend) nog even dit: kennen jullie die jaren zestig film Dr. Strangelove? Een beetje in die stijl is de foto in deze tweet gemaakt – goed kijken of je de astronaut ziet.

Bron: Elon Musk.

Yep, er zijn aanwijzingen voor een ‘donkere substructuur’ in de Melkweg

Afbeelding van de Melkweg met daarin de Gaia-data van de GD-1 stroom. Wit geeft aan dat er een sterke invloed is van de donkere substructuur, rood weinig invloed. Credit: Ana Bonaca, Gaia/ESA.

Ik had er twee maanden geleden al een blog aan gewijd, maar nu is daar de officiële verschijning van het vakartikel in the Astrophysical Journal (hier de gratis versie) over de ontdekking van een zogeheten ‘donkere substructuur’ in ons Melkwegstelsel, lees: een wolk van donkere materie. Nog even in een notendop waarvoor ze precies aanwijzingen hebben gevonden:

In en rondom ons melkwegstelsel zijn talloze sterstromen, langgerekte slierten van duizenden sterren per stroom, die gravitationeel gebonden zijn aan elkaar, dezelfde baan rondom het melkwegcentrum hebben en die het overblijfsel zijn van botsingen van bolvormige sterrenhopen en dwergstelsels met de Melkweg. In de langste van allemaal, de in 2006 ontdekte sterstroom GD-1, blijken allemaal gaten te zitten. GD-1 is het restant van een bolhoop die ooit (zo’n 300 miljoen jaar geleden) botste met de Melkweg en daarbij uit elkaar werd gerukt tot één lange sliert sterren. Onderzoek van Ana Bonaca (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) op basis van waarnemingen gedaan met de Europese Gaia satelliet laat zien dat er in GD-1 allemaal onderbrekingen blijken te zitten. Eén gat zou te verklaren zijn als het punt waar de bolhoop zich ooit moet hebben bevonden vóór z’n uiteenvallen, maar Bonaca vond nog een tweede gat, eentje met een ruwe rand, die zij de ‘spur’ noemt, Engels voor uitloper (zie de afbeelding hieronder, de ‘progenitor’ is de plek waar de bolhoop zich ooit bevond).

Credit: New Astrophysical Probes of Dark Matter, Ana Bonaca/GAIA

Het tweede gat en z’n ruwe rand lijken alsof er iets dwars door de stroom heen is geschoten en sterren in z’n vaart mee heeft genomen, als een enorme, onzichtbare kogel. Alle verklaringen op een rijtje zettend en wegstrepend omdat het niet alles kon verklaren bleef er maar eentje over: dat de ‘impactor’ die het gat veroorzaakt heeft miljoenen zonsmassa’s zwaar moet zijn en 30 tot 65 lichtjaar groot en dat het gaat om een wolk donkere materie, een dark substructure, zoals de onderzoekers het noemen.

Bron: CfA.

TESS heeft een hattrick gescoord met drie nieuwe exoplaneten

Infografiek van de planeten van TOI 270. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Scott Wiessinger.

Met NASA’s exoplanetenjager Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) heeft men een astronomische hattrick gescoord: drie nieuwe exoplaneten die met hun moederster, TESS Object of Interest (TOI) 270, een compact systeem vormen. Eén van de drie planeten is een rotsachtige ‘superaarde’ en twee zijn ‘sub-Neptunussen’, een maatje dat we in ons eigen zonnestelsel niet kennen. TOI 270 is een dwergster van spectraaltype M, dat 40% van de massa en straal van de zon heeft en dat 1/3e van diens lichtkracht heeft. TOI 270 en z’n drie planeten liggen op 73 lichtjaar van ons vandaan in het sterrenbeeld Pictor.

Vergelijking van de grootte van het systeem van TOI 270 en de manen rondom Jupiter. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center.

TOI 270b is de planeet het dichtste bij de ster. Het is de ‘superaarde’. van de drie, zo’n 25% groter dan de aarde, z’n massa is 1,9 keer die van de aarde. Hij draait in slechts 3,4 dagen om de ster. Z’n afstand tot TOI 270 is 13 keer kleiner dan de afstand van Mercurius tot de zon. Vanwege die nabije afstand is het bloedje heet op TOI 270b, zo’n 254 graden Celcius aan het oppervlak. De andere twee exoplaneten zijn TOI 270c en d, 2,4 respectievelijk 2,1 keer zo groot als de aarde. Ze lijken vermoedelijk meer op Neptunus dan op de aarde, omdat ze vermoedelijk niet rotsachtig zijn, zoals TOI 270b, maar meer gasachtig. Hun massa is 7 resp. 5 keer die van de aarde.

De onderzoekers hopen door studie van systemen zoals van TOI 270 meer te weten te komen over mini- sub-Neptunus’en, die in ons eigen zonnestelsel niet voorkomen en die tot nu toe een soort van ontbrekend gat in de vele afmetingen van exoplaneten vormden. In Nature Astronomy verscheen over de ontdekking van het drietal exoplaneten een vakartikel. Bron: NASA.

De zes parameters van het kosmologische Lambda CDM model

Credit afbeelding: Coldcreation • CC BY-SA 3.0.

Het Lambda CDM model van het heelal, ook wel het kosmologische concordantie model genoemd, is momenteel het meest geaccepteerde model om de evolutie van het heelal sinds de oerknal te beschrijven. Het model gaat er van uit dat het heelal een mix van ingrediënten kent:

  • Gewone materie (baryonen)
  • Donkere materie (Cold Dark Matter, CDM – koud wil zeggen langzaam bewegend)
  • Donkere Energie (Lambda)
Sinds 1982 hadden we het Standaard CDM (SCDM) model, maar met de ontdekking in 1998 van de versnelde uitdijing van het heelal is daar donkere energie als ingrediënt bijgekomen en hebben we het Lambda CDM model, waarin Lambda staat voor donkere energie (Lambda Λ is het symbool voor Albert Einstein z'n Kosmologische Constante. De kosmologische parameters
Het Lambda CDM model is een set van vergelijken, die met zes zogeheten kosmologische parameters beschreven kunnen worden – zie de lijst hieronder. Vreemd genoeg is de Hubble constante, waar afgelopen jaren in talrijke discussies over de snelheid waarmee het heelal uitdijt (de Hubble spanning), niet één van die parameters. Het is een afgeleide parameter, die volgt uit de zes kosmologische parameters.
  • Fysieke baryon dichtheid parameter Ωbh2. Dit is de “baryon dichtheid parameter” Ωb vermenigvuldigd met de kwadraat van de ‘gereduceerde’ constante van Hubble h = H0 / (100 km s-1 Mpc-1)*
  • Fysieke donkere materie dichtheid parameter Ωch2. Dit is de “donkere materie dichtheid parameter” Ωc vermenigvuldigd met de kwadraat van de ‘gereduceerde’ constante van Hubble h = H0 / (100 km s-1 Mpc-1)
  • Leeftijd van het heelal t0
  • Scalar spectraal index ns. Deze index beschrijft hoe in het vroege heelal de fluctuaties in de dichtheid variëren met de schaal. Bij ns=1 is er sprake van schaalinvariante fluctuaties. Eigenlijk kijkt men met deze parameter hoe glad (Engels ‘smooth’) de materie in het heelal is.
  • Kromming fluctuatie amplitude Δ2R. Deze parameter kijkt hoe vlak (Engels: ‘flat’) de ruimte in het heelal is.
  • Reïonisatie optische diepte τ. Bij deze parameter kijken ze hoeveel van het licht van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: ‘CMB’) tussen het moment dat dat licht vrijkomt (na de ‘recombinatie’ van elektronen en atoomkernen, daarmee neutraal gas vormend) en de reïonisatie (als elektronen en atoomkernen onder invloed van UV-straling van de allereerste sterren weer uit elkaar gaan) wordt geabsorbeerd of verstrooid.

*Die h=100/H0 vinden sterrenkundigen makkelijker te hanteren dan H0 zelf, de Hubble constante.

Credit: Planck Collaboration

Hieronder de meest recente gemeten waarden van de zes kosmologische parameters, aangevuld met de waarden van de gefixeerde, vaste parameters en de afgeleide parameters (hierboven de laatste schattingen voor de zes parameters in grafiekvorm) – nee, even alleen in het Engels, geen zin het allemaal door Google Translate te gooien.

 DescriptionSymbolValue
Independent parametersPhysical baryon density parameterΩb h20.02230±0.00014
Physical dark matter density parameterΩc h20.1188±0.0010
Age of the universet013.799±0.021  × 109  years
Scalar spectral indexns0.9667±0.0040
Curvature fluctuation amplitude k0  = 0.002 Mpc−1Δ2R2.441+0.088−0.092×10−9
Reionization optical depthτ0.066±0.012
Fixed parametersTotal density parameterΩtot1
Equation of state of dark energyw−1
Tensor/scalar ratior0
Running of spectral indexdns/d ln k0
Sum of three neutrino massesΣmv0.06  eV/ c
Effective number of relativistic degrees of freedomNeff3.046
Calculated valuesHubble constantH067.74±0.46 km s−1 Mpc−1
Baryon density parameterΩb0.0486±0.0010
Dark matter density parameterΩc0.2589±0.0057
Matter density parameterΩm0.3089±0.0062
Dark energy density parameter ΩΛ0.6911±0.0062
Critical densityρcrit(8.62±0.12)×10−27   kg/m3
The present root-mean-square matter fluctuation averaged over a sphere of radius 8 h – 1  Mpcσ80.8159±0.0086
Redshift at decouplingz1089.90±0.23
Age at decouplingt377700±3200 years
Redshift of reionization (with uniform prior)zre8.5+1.0-1.1

Bron voor tabel: Planck. Bron voor blog: Wikipedia.

AstroTweets van de Week

Heel veel sterrenbeelden schijnen met een C te beginnen, tenminste als je de Latijnse namen gebruikt. En dat merk je bijvoorbeeld aan deze zwaartekrachtgolf.

Wat een prachtige periodieke tabel is dit zeg. Emoticons vertellen je welk element waarin zit.

Er zijn weer honderden nieuwe exoplaneten ontdekt.

Hier een tweet met een gifje van die twee witte dwergen die in nog geen zeven minuten om elkaar heen draaien.

Marco Langbroek over de X-37B.

Dat kleine puntje in het midden is het licht van één enkele atoom.

Trump heeft de volgende vier astronauten die naar de maan gaan al uitgekozen.

Nou nog eentje dan. Hier zou iedereen toch wel z’n vakantie willen doorbrengen? Schitterende foto.

Hubble legt een kosmische potpourri van deeltjes vast

Credit: ESA/Hubble & NASA, L. Ho.

Met de Hubble ruimtetelescoop is bovenstaande prachtige foto gemaakt, waarop het spiraalstelsel NGC 3169 te zien is, gelegen op 70 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Sextant. Het stelsel werd op 19 december 1783 ontdekt door de Duits-Britse astronoom William Herschel en het maakt deel uit van de Leo I groep van sterrenstelsels, waar onder andere ook het bij NGC 3169 gelegen sterrenstelsel NGC 3166 behoort. Wat vooral opvalt op de foto zijn de donkere banden boven het centrum van NGC 3169. Dat zijn dikke stofwolken tussen de sterren, die vol zitten met wat de NASA een kosmische potpourri van vaste deeltjes noemt, waterijs, koolwaterstof, silicaten en andere deeltjes. Allemaal overblijfselen van de vorming van sterren en planeten in NGC 3169 en van moleculen die in de loop der miljoenen jaren gewijzigd zijn onder invloed van straling van sterren. Bron: NASA.

Nobelprijswinnaar Gérard Mourou over toepassing ELI laser in nucleaire fysica

Het omvormen van hoog radioactieve actiniden voor schone kernenergie, het gebruik van röntgen laser voor het nabootsen van extreme omstandigheden in de kosmos zijn enkele toepassingen die Nobelprijswinnaar Gérard Mourou noemde in zijn lezing ‘Een passie voor extreem licht’ gegeven tijdens FYSICA 2019 in Amsterdam. De 75 jarige éminence grise van de laserfysica ging in op het gebruik van de Extreme Light Infrastructure in Oost-Europa. Het Nederlands tijdschrift voor Natuurkunde sprak met hem over zijn werk. In 2006 was Mourou initiatief nemer van de Extrerme Light Infrastructure (ELI), de faciliteit met geavanceerde lasers op drie locaties, Hongarije, Roemenië en Tsjechië. Momenteel worden er steeds meer onderdelen van ELI in gebruik genomen. Maart j.l. bereikte de ELI laser uit Roemenië het geplande vermogen van 10 PW en daarmee is het de krachtigste laser die er bestaat. De laser krijgt twee van deze 10 PW armen, waarmee een totale intensiteit van 10^23 W/cm2 bereikt kan worden of een elektrisch veld van 10^15 W/m. De laser in Boekarest is de meest complexe en uitgebreide van ELI en zal worden ingezet voor kernfysische experimenten. Er komt bij de faciliteit ook  nog een intense bron voor gammastraling met een energie tot 19,5 MeV, maar de oplevering heeft nog de nodige vertraging. Mourou; “In Europa heb je nu een enorm arsenaal aan lasers maar het meest geavanceerde dat we op het gebied van lasers kunnen doen, wordt in de loop van de komende tien jaar gedaan door ELI. In ELI hebben we al onze kennis gestopt. We bereiken in Roemenië een piekvermogen dat veel hoger is dan dat van andere lasers. En de faciliteit in Hongarije is gespecialiseerd in zeer korte pulsen.” Lees verder