Een impressie van twee zwarte gaten die met elkaar botsen. Credit: NASA/CXC/A.Hobart [Public domain]
Van de elf zwaartekrachtgolven die met de LIGO en Virgo detectoren tijdens de eerste en tweede waarneemperiode (O1 en O2) werden waargenomen waren er tien die ontstonden door de botsing van zware stellaire zwarte gaten, dat zijn zwarte gaten die ontstaan doordat zware sterren aan het einde van hun leven als supernova exploderen en hun kern implodeert tot zwart gat. Theoretische modellen laten zien dat sterren zwarte gaten kunnen produceren tot maximaal 45 zonsmassa. Heb je zwaardere zwarte gaten, dan zijn die vaak het resultaat van botsingen van kleinere zwarte gaten. De vraag is nu waar je die zware stellaire zwarte gaten van boven de pakweg 50 zonsmassa kunt vinden, die dus het resultaat van botsingen zijn, wat zijn hún geboorteplaatsen? Sterrenkundigen van de Universiteit van Birmingham hebben daar onderzoek naar gedaan en het blijkt dat met name dichte sterrenhopen een kraamkamer voor zware stellaire zwarte gaten kunnen zijn.
Een voorbeeld van een nucleaire sterrenhoop in het centrum van ons eigen melkwegstelsel. Credit: Stefan Gillessen, Reinhard Genzel, Frank Eisenhauer – http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2008/pr-46-08.html
Sleutel tot succesvolle geboorteplaatsen is de ontsnappingssnelheid van de sterrenhopen. Als die te laag is dan kunnen bij botsingen van kleinere zwarte gaten zogeheten ‘recoils’ plaatsvinden, waarbij één van de gebotste zwarte gaten of zelfs allebei uit de sterrenhoop vliegen. Bolvormige sterrenhopen hebben dan wel heel veel sterren op één dichte hoop, maar hun ontsnappingssnelheid is laag, zodat ze de wegvliegende zwarte gaten niet kunnen tegenhouden. Men denkt daarom dat bolhopen, zoals ze ook wel worden genoemd, géén geboorteplaatsen van zware stellaire zwarte gaten zijn. De zogeheten ‘nucleaire sterrenhopen’ daarentegen wel, die vormen perfecte kraamkamers. Ze worden zo genoemd omdat ze in de kern (‘nucleus’) van sterrenstelsels voorkomen. Die hebben een ontsnappingssnelheid die groter is dan 50 km/s en dat lijkt de grens te zijn die noodzakelijk is om de kleinere zwarte gaten vast te houden, zodat die door botsingen de grotere exemplaren kunnen vormen. Hier het vakartikel over de studie, verschenen in Physical Review D Rapid Communications. Bron: Universiteit van Birmingham.
Artistieke impressie van een planeetstelsel in wording. Credit: NASA/JPL-Caltech.
Planeten draaien vaak in dezelfde richting om hun eigen as als de ster waar ze omheen draaien. De standaardtheorie kan deze waarnemingen niet verklaren, maar het relatief nieuwe kiezelgroeimodel wél. Dat blijkt uit onderzoek onder leiding van de net afgestudeerde UvA-astronoom Rico Visser. Het resultaat is geaccepteerd voor publicatie in het vakblad Icarus.
Het is een mysterie waardoor planetoïden en planeten in ons zonnestelsel roteren om hun eigen as. De aarde heeft bijvoorbeeld 24 uur nodig om een volledig rondje om zijn as te draaien. Als de richting van deze draaiing hetzelfde is als de baanrotatie om de zon, wat het geval is voor de aarde, wordt dit prograde rotatie genoemd. Als deze tegengesteld is aan de baanbeweging, heet dit retrograde rotatie.
Uit waarnemingen is gebleken dat planetoïden en planeten bij voorkeur prograde om hun as draaien en dat de benodigde tijd voor een rondje om de eigen as tussen ongeveer 1 en 40 uur ligt. De klassieke groeimodellen voor planeten kunnen niet verklaren hoe dit tot stand is gekomen. In deze modellen vegen planeten in wording grote rotsblokken op, maar die komen van alle kanten en veroorzaken in theorie geen rotatie.
Visser en collega’s hebben daarom gekeken of het kiezelgroeimodel wel in staat is om de waarnemingen te verklaren. Met dit model groeit een rotsblok uit tot een groter object zoals een planetoïde door het opvegen van kleine kiezelsteentjes. Deze groeifase speelt zich af in een vroeg stadium van de vorming van het zonnestelsel, waarbij het gas en stof zich nog los van elkaar in de planeetvormende schijf rond de ster bevinden.
Terwijl steentjes van alle soorten en maten worden opgeveegd, groeit het object snel en wordt het zwaarder. De wrijving van het gas remt de steentjes af, die vervolgens worden opgeveegd. Het blijkt dat steentjes in een baan tussen de ster en de planetoïde het langst in de buurt van de planeet in wording blijven. Kiezels in een baan daarbuiten gaan doorgaans te snel langs de planetoïde of de planeet om opgeveegd te worden. Effectief zullen de steentjes in de binnenbaan de planetoïde of de planeet onder een bepaalde hoek raken en die als het ware ‘opspinnen’ als een tol, in de prograde richting.
De richting en tijdschaal voor een rondje om de eigen as die de onderzoekers hebben berekend, komen uitstekend overeen met de waarnemingen in het zonnestelsel. Visser: “Het resultaat is niet alleen een verklaring voor de draaiing van planeten; het is een extra bevestiging dat het kiezelgroeimodel een veelbelovend model is om zowel groei als eigenschappen van planeten en planetoïden te verklaren.” Bron: Astronomie.nl.
Een team van wetenschappers onder leiding van Lei Duan en Ken Caldeira van het Amerikaanse Carnegie Instituut voor Wetenschap te Washington heeft onderzoek gedaan naar een vergelijking van de effecten op het klimaat van een vulkaanuitbarsting en van zonne-energie. Grote vulkaanuitbarstingen spuwen asdeeltjes in de atmosfeer, die een deel van de straling van de zon terug de ruimte in reflecteren en de planeet afkoelen. Maar kan dit effect opzettelijk worden nagebootst om klimaatverandering te bestrijden? Hun artikelClimate Response to Pulse Versus Sustained Stratospheric Aerosol Forcing. verscheen in de Geophysical Research letters*. Solaire geo-engineering is een theoretische benadering om de effecten van klimaatverandering te beteugelen door de atmosfeer te voeden met een regelmatig bijgevulde laag van opzettelijk vrijgekomen aerosoldeeltjes. Voorstanders beschrijven het soms als een “door de mens gemaakte” vulkaan. “Niemand houdt van het idee om opzettelijk op wereldschaal aan ons klimaatsysteem te sleutelen,” zei Ken Caldeira van Carnegie. “Zelfs als we hopen dat deze benaderingen nooit zullen moeten worden gebruikt, is het wel zeer belangrijk om ze te begrijpen mocht het op een dag echt nodig zijn.”
Sterrenkundigen hebben met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili en de Spitzer infrarood-ruimtetelescoop een grote hoeveelheid grote en stofrijke sterrenstelsels ontdekt die al bestonden toen het heelal nog maar twee miljard jaar oud was (het heelal is bijna 13,8 miljard jaar oud). De sterrenstelsels staan zo ver weg dat er optisch niets van te zien is – zelfs met de Hubble ruimtetelescoop zag men niets. NASA’s Spitzer ruimtetelescoop had in eerste instantie 63 roodgekleurde objecten in het infrarood waargenomen, maar daarvan kon niet bevestigd worden dat het sterrenstelsels waren. Vervolgopnames met ALMA laten nu zien dat 39 van die objecten daadwerkelijk sterrenstelsels zijn met grote roodverschuivingen (z>3, mogelijk hebben ze allemaal z=4).
Het gaat om grote, massarijke sterrenstelsels met een hoge snelheid van stervorming. Men schat in dat ze per jaar ongeveer 200 nieuwe sterren produceren, da’s honderd keer meer dan de Melkweg produceert. Door die hoge sterproductie is er ook heel veel stof en dat zorgt er weer voor dat het licht van de sterrenstelsels wordt gedimd. Op grond van deze waarnemingen aan de zware en vroege sterrenstelsels schat men hun aantal in op 530 per vierkante graad aan de hemel, dus ruim 20 miljoen in totaal. En da’s eigenlijk een probleem voor het heersende kosmologische Lambda-CDM model, dat een beschrijving geeft van de ontwikkeling van het heelal vanaf de oerknal. Zoveel grote en stofrijke sterrenstelsels in het vroege heelal had men eigenlijk niet verwacht.
Een impressie van de grote stofrijke sterrenstelsels in het vroege heelal. Credit: NAOJ.
Men denkt dat al die sterrenstelsels een superzwaar zwart gat in hun kern hebben. En ook daarvan moet men kijken hoe het ontstaan en de evolutie van dergelijke superzware zwarte gaten in zo’n vroeg stadium van het heelal past binnen het vigerende heelalmodel. Met de nog te lanceren James Webb-ruimtetelescoop wil men dat verder gaan onderzoeken. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de 39 vroege en grote sterrenstelsels, verschenen in Nature Astronomy. Bron: Universiteit van Tokio + Francis Naukas.
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Boizelle; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Hubble Space Telescope (NASA/ESA); Carnegie-Irvine Galaxy Survey.
Sterrenkundigen zijn erin geslaagd om met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili om de beweging van gas vlakbij het superzware zwart gat in het ellipische sterrenstelsel NGC 3258 nauwkeurig in beeld te krijgen. Dat gas bevindt zich in de ‘invloedssfeer’ van het superzware zwarte gat, het gebied waar diens zwaartekracht de dominante natuurkracht is. Dat elliptische stelsel ligt 100 miljoen lichtjaar van de aarde en uit de snelheid van het gas konden de sterrenkundigen van Texas A&M University en de University of California opmaken dat het superzware zwarte gat een massa van maar liefst 2,25 miljard zonsmassa heeft, de zwaarste massa die ALMA ooit gemeten heeft.
Impressie van een zwart gat met een ronddraaiende accretieschijf. Credit: NRAO/AUI/NSF.
Het gas dat rond het zwarte gat roteert bevat onder andere koolmonoxide (CO) en dat gas kan door ALMA worden gedetecteerd. Door de Doppler verschuiving kan men de snelheid van het gas bepalen en dat zie je in de afbeelding helemaal bovenaan als de gekleurde schijf rechts – blauw is van CO-gas dat onze kant uit komt, rood is van gas dat van ons vandaag gaat. Links is een afbeelding van het centrum van NGC 3258 te zien gemaakt met de Hubble ruimtetelescoop. Tussen die twee afbeeldingen in zie je een grafiek, waarin de snelheid van het gas is weergegeven, variërend van 1 miljoen km/u aan de rand van de bewegende schijf van gas (zo’n 500 lichtjaar van het zwarte gat verwijderd) tot meer dan 3 miljoen km/u in het binnenste deel van de schijf (65 lichtjaar). Hier het vakartikel over de waarnemingen aan dit zwarte gat met ALMA, te verschijnen in the Astrophysical Journal. Bron: NRAO.
Het idee van de terrascope. Credit: JAMES TUTTLE KEANE/CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Enkele jaren terug schreef ik over dat voorstel om de zon als de lens van een telescoop te gebruiken, de Solar Gravity Lens (SGL). De zon kromt door z’n massa de ruimte om hem heen en daardoor wordt het licht van erachter liggende objecten afgebogen. De brandpuntsafstand van die afgebogen lichtstralen ligt op een afstand van 542 Astronomische Eenheden, 542 keer de afstand aarde-zon (149 miljoen km), dat is 0,0085 lichtjaar van ons vandaan. Plaats in dat brandpuntsafstand een satelliet die dat licht opvangt en je hebt een telescoop die foto’s zou kunnen maken van planeten tot een afstand van bijna 100 lichtjaar en details op het oppervlak van de planeet tot 10 km (!) of zelfs beter zou kunnen zien – zie daar de FOCAL missie die dat wil gaan doen.
OK tot zover de zon als lens. Nu komt de sterrenkundige David Kipping (Columbia University) met een vergelijkbaar idee: niet de zon als lens, maar de aarde! Ook de aarde buigt licht af. Nee, niet door z’n zwaartekracht (nou ja, dat doet ‘ie wel, maar dat is héél weinig), maar door z’n atmosfeer. Sterlicht dat net boven de horizon door de atmosfeer gaat wordt 1° afgebogen en dat licht komt op 85% van de afstand aarde-maan – pakweg 327.000 km- weer in een focus bij elkaar. Probleem is alleen dat dat licht wazig zal zijn omdat er in de onderste lagen van de atmosfeer wolken en turbulentie zijn. Maar als je naar de zogeheten Hill straal van de aarde gaat, die op 1,5 miljoen km afstand ligt, dan vind je de brandpuntsafstand van licht dat door de stratosfeer van de aarde wordt afgebogen. De stratosfeer ligt op grote hoogte en heeft veel minder wolken en turbulentie.
David Kipping
Kipping, die eerder ook al een mogelijke exomaan heeft ontdekt, heeft uitgerekend dat als het afgebogen licht van een hoogte van 13,7 km komt een 1 meter telescoop op die Hill straal het licht veel minder wazig ziet en de bron 22.500 keer lichtsterker is geworden – net zoveel als een telescoop met een spiegel van 150 meter diameter naar die bron zou kijken. Zie daar het voorstel van Kipping: de terrascope, beschreven in een artikel in The ArXiv. Volgens hem zou je met die terrascope heel zwakke objecten kunnen opsporen, zoals planetoïden of dipjes in de lichtcurve van sterren, veroorzaakt door passerende exoplaneten. De telescoop zou wel moeten worden voorzien van een soort van ‘coronograaf’, die als masker kan dienen om het licht van de aarde zelf tegen te houden. Bron: Science Magazine.
De rossige gloed van een kosmische zeemeeuw. Credit: ESO/VPHAS+ team/N.J. Wright (Keele University).
Deze intrigerende, kleurrijke verzameling objecten staat bekend als de Zeemeeuwnevel. Deze bijnaam heeft hij te danken aan zijn gelijkenis met een vliegende meeuw. Het hemelgebied waar hij deel van uitmaakt is rijk aan stof, waterstof, helium en sporen van zwaardere elementen. Het is de hete en energieke geboorteplaats van nieuwe sterren. De opmerkelijk detailrijke opname is gemaakt met ESO’s VLT Survey Telescope (VST) en toont de afzonderlijke hemelobjecten waaruit deze kosmische vogel bestaat in al hun details. De VST is momenteel de grootste surveytelescoop ter wereld die de hemel in zichtbaar licht waarneemt.
De belangrijkste componenten van de Zeemeeuwnevel zijn drie grote gaswolken, waarvan Sharpless 2-296, die de ‘vleugels’ vormt, de meest opvallende is. Over zijn gehele spanwijdte van ongeveer 100 lichtjaar vertoont Sh2-296 gloeiend materiaal en donkere stofbanendie omzoomd zijn door heldere sterren. Het is een prachtig voorbeeld van een emissienevel, in dit geval een HII-gebied, wat erop wijst dat het hier om jonge sterren gaat.
De Zeemeeuwnevel op de grens van de sterrenbeelden Eenhoorn en Grote Hond. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope
Het is de straling van deze jonge sterren die de wolken hun fantastische kleuren geeft en ze zo opvallend maakt. Hun straling ioniseert het omringende gas en brengt het tot gloeien. Deze straling is ook de belangrijkste factor die de vormen van de wolken bepaalt: ze oefent druk uit op het omringende materiaal en geeft het op die manier de grillige vormen die we hier zien. Omdat elke nevel een unieke verdeling van sterren heeft en, zoals in dit geval, uit meerdere wolken kan bestaan, vertonen ze allerlei vormen die in de verbeelding van astronomen aan dieren of bekende objecten doen denken.
Deze veelheid aan vormen wordt geïllustreerd door het contrast tussen Sh2-296 en Sh2-292. Deze laatste, hier net onder de ‘vleugels’ te zien, is een vrij compacte wolk die de ‘kop’ van de zeemeeuw vormt. Zijn meest opvallende kenmerk is de enorme, extreem helderester HD 53367 die twintig keer zo groot is als de zon en als het onderzoekende ‘oog’ van de zeemeeuw fungeert. Sh2-292 is zowel een emissienevel als een reflectienevel: veel van zijn licht wordt uitgestraald door het geïoniseerde gas rond zijn jonge sterren, maar een significant deel ervan wordt juist weerkaatst door sterren in de wijdere omgeving.
De complete Zeemeeuwnevel en omgeving. Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin
De donkere stroken die de homogeniteit van de gaswolken doorbreken en ze textuur geven, bestaan uit stof. Het zijn banden van veel dichter materiaal die het lichtgevende gas erachter deels aan het zicht onttrekken. Nevels zoals deze hebben een dichtheid van enkele honderden atomen per kubieke centimeter – veel minder dan het beste kunstmatige vacuüm op aarde. Desalniettemin zijn deze nevels nog altijd veel dichter dan het gas daarbuiten, dat een gemiddelde dichtheid van ongeveer 1 atoom per kubieke centimeter heeft.
De Zeemeeuwnevel ligt op de grens van de sterrenbeelden van Canis Major (Grote Hond) en Monoceros (Eenhoorn) en bevindt zich op een afstand van ongeveer 3700 lichtjaar in een arm van de Melkweg. Spiraalstelselskunnen duizenden van deze wolken bevatten, die veelallangs hun gekromdearmenliggen.
Ook diverse kleinere wolken worden als onderdelen van de Zeemeeuwnevel beschouwd, waaronder Sh2-297 (de kleine, klonterige uitloper aan het uiteinde van de bovenste ‘vleugel’ van de meeuw), Sh2-292 en Sh2-295. Al deze objecten zijn opgenomen in de Sharpless-catalogus– een lijst van meer dan 300 wolken van gloeiend gas die door de Amerikaanse astronoom Stewart Sharplessis samengesteld.
De hier afgebeelde foto is gemaakt met de VLT Survey Telescope (VST), momenteel de grootste surveytelescoop ter wereld die de hemel in zichtbaar licht waarneemt. De VST is ontworpen om grote stukken sterrenhemel snel en diep te fotograferen.
Herken je de zeemeeuw op deze foto? We dagen onze lezers uit om hun verbeelding de vrije loop te laten en de vogel op onze foto te schetsen zoals zij hem zien. Deel je foto’s met de omtrek van de vogel via de hashtag #SpotTheSeagull. Bron: ESO.
Lancering van de Ariane V. Credit: ESA/CNES/Arianespace/Optique vidéo du CSG – S Martin.
Er waren afgelopen 24 uur twee lanceringen, de één in Zuid-Amerika, de andere in Noord-Amerika. Eerst werd gisteravond (6 augustus) om 21.30 uur Nederlandse tijd de European Data Relay System (EDRS) C-satelliet gelanceerd met een Ariane V raket en wel vanaf de Europese lanceerbasis Kourou in Frans-Guyana. Die EDRS-satellieten moeten vanuit hun geostationaire baan de informatie die andere satellieten van de aarde verzamelen, zoals de vier Sentinel satellieten, met hoge snelheid doorgeven aan de stations op aarde. Ze worden daarom ook wel de SpaceDataHighway genoemd.
De lancering van de Falcon-9 raket. Credit: SpaceX webcast.
En dan was er vannacht nog een andere lancering en wel van de Israelische AMOS-17 communicatiesatelliet met een Falcon 9 raket van SpaceX en gelukkig ging deze lancering goed. In september 2016 ging dat nog faliekant mis. De raket ontplofte toen een dag voor de lancering, met de peperdure satelliet aan boord, op het lanceerplatform tijdens een routinetest. Er vielen daarbij geen doden of gewonden. Het incident kostte Elon Musk – baas van SpaceX – de verzekering honderden miljoenen dollars. Opeens werd er door landen weer volop getwijfeld of commerciële bedrijven zich wel moesten bezighouden met ruimtevaart. Er waren dat jaar meer problemen met Falcon 9-raketten. De lancering van vannacht (01.23 uur) vanaf Space Launch Complex 40 (SLC-40) op Cape Canaveral Air Force Station/Florida, werd naar verluidt gratis aangeboden door SpaceX, ter compensatie van de mislukte lancering van drie jaar geleden. Alles ging gelukkig goed, 31 minuten na de lancering werd de satelliet in de ruimte vrijgelaten. Hieronder de beelden van de lancering.
Drie theoretisch natuurkundigen, Peter van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrara en Daniel Freedman, hebben de Special Breakthrough Prize 2019 voor fundamentele natuurkunde gewonnen voor hun uit 1976 (yep, 43 jaar geleden) stammende theorie van de Supergravitatie (kortweg: SUGRA). Met z’n drieën ontvangen ze daarvoor drie miljoen dollar. Hun theorie bouwt voort op de theorie van de Supersymmetrie (SUSY) uit 1973 , die stelt dat er voor ieder fundamenteel deeltje dat er bestaat (zoals quarks, elektronen en fotonen) ook een zware ‘superpartner’ bestaat – bosonen zouden een superfermion als partner hebben en fermionen een superboson. Net zoals het Standaard Model (SM) van de elementaire deeltjes kent SUSY maar drie natuurkrachten, de sterke, zwakke en elektromagnetische wisselwerking. Voor de zwaartekracht of gravitatie, de vierde natuurkracht, kennen SM en SUSY geen verklaring. Maar daarvoor kwamen van Nieuwenhuizen, Ferrara en Freedman dus met hun theorie van de supergravitatie, die een soort van SUSY is inclusief een overbrenger van de zwaartekracht, het graviton (een boson), plus de superpartner daarvan, het gravitino (de superfermion). Supergravitatie is een vereniging van de algemene relativiteitstheorie van Einstein met supersymmetrie. Omdat zowel het graviton als de superdeeltjes van SUSY nog nooit zijn waargenomen is de supergravitatie nog 100% hypothetisch. Toch wordt SUGRA gezien als een van de meest natuurlijke kandidaten voor uitbreiding van de zwaartekrachtstheorie zoals we die nu kennen. Van Nieuwenhuizen, Ferrara en Freedman zullen op 3 november tijdens de 2020 Breakthrough Prize ceremony in NASA’s Ames Research Center in Silicon Valley hun prijs in ontvangst nemen.
In oktober 2017 kwam er via officiële kanalen de mededeling dat er een radioactieve wolk boven het Europese continent uitgewaaierd was, het betrof in deze de isotoop ruthenium-106. Het was op dat moment een raadsel waar de bron van de wolk zich bevond. Destijds gaf men als meest waarschijnlijke locatie van de bron de zuidelijke Oeral aan, in de omgeving van Mayak, Rusland. In Mayak bevindt zich een grote nucleaire faciliteit. Meerdere verklaringen volgden als bijvoorbeeld een satelliet reentry of lekkages bij het smelten van radioactief materiaal. Maar er verscheen geen enkele sluitende verklaring. De wolk spreidde zich ook in mindere mate over Florida, Guadeloupe, Koeweit en Mongolië. Volgens een officiële verklaring van het IRSN was de concentratie te laag om een gevaar voor de bevolking te vormen; ‘The concentration levels of Ruthenium 106 in the air that have been recorded in Europe and especially in France are of no consequence for human health and for the environment.’*
