Het axion-model van donkere materie wordt steeds aantrekkelijker

Donkere materie, bestaat het uit WIMP’s of uit… axionen? Credit: IBS

Nog maar enkele jaren terug waren de ‘WIMP’s’ dé kandidaat voor donkere materie, de ‘Weakly Interactive Massive particles’, de zware, traag bewegende deeltjes, die niet of nauwelijks met gewone materie reageren. Maar jaren van speuren naar directe detectie van de WIMP’s leverde niets op, allemaal null-detections. Vandaar dat de laatste tijd een nieuwe kandidaat hoger in de ranglijst is gekropen en nu dé favoriet is om het deeltje te zijn dat de mysterieuze donkere materie vormt: het axion. Dit hypothetische deeltje werd al in 1977 geopperd om duidelijk te maken waarom neutronen nooit reageren op een electrisch veld, terwijl de quarks waar ze uit bestaan dat wel doen – daar werd de Peccei-Quinn theorie voor in het leven geroepen en die vereiste het bestaan van het axion. Dankzij de axionen kan het neutron elektrisch neutraal zijn en blijven én ze verklaren waarom we niet op grote schaal deeltjes zien die de zogeheten CP-symmetrie schenden (het zogeheten sterke CP-probleem).

Het waargenomen spectrum door XENON1T. Credit: E. Aprile et al.

Vervolgens was daar enkele weken terug de bekendmaking dat men met de XENON1T detector in Italië een bepaald overschot aan interacties heeft gezien (zie de grafiek hierboven), dat wellicht verklaard kan worden door het bestaan van axionen, mogelijk de eerste detectie ooit van deeltjes die donkere materie zouden kunnen vormen. En dan nu weer terug naar de theorie, naar de theoretische tekentafels, want daar is ook weer het nodige gebeurd. Onderzoekers van Institute for Advanced Study, University of Michigan en UC Berkeley zijn namelijk gekomen met een nieuw model van axionen. In dat model kijken ze naar het axionveld, het alomaanwezige veld, waar de axionen de manifestatie van zijn. Dat is op zich geen nieuws, want ook andere deeltjes zijn de manifestatie van een veld, de Higgs bosonen van het Higgsveld, de fotonen van het elektromagnetische veld. Keisuke Harigaya en Raymond Co komen nu met een model, waarin dat axionveld in het vroege heelal kinetisch niet juist was uitgelijnd, ‘kinetic misalignment’, zoals ze het noemen.

Het axionveld gaat snel over de potentiële barrières heen en begint uiteindelijke te oscilleren als het voldoende wordt vertraagd door wrijving. Credit: Co & Harigaya

Volgens het tweetal was het veld zelf niet statisch, maar was het dynamisch, had het een bepaalde snelheid (zie afbeelding hierboven), veroorzaakt door het schenden van de ‘axion shift symmetry’ – ja, de moeilijke termen vliegen je om de oren. Resultaat van die snelheid van het axionveld is dat er veel meer axionen onstaan, dan in de ‘conventionele’ theorieën. En dat was tot nu toe het probleem, want de modellen leverden te weinig axionen in het vroege heelal op om de waargenomen hoeveelheid donkere materie in het heelal mee te verklaren. Maar het model van Harigaya en Co doet dat dus wel. Niet alleen krijgen ze door de beweging van het axionveld méér axionen, maar tevens kunnen de axionen sterker reageren met gewone materie. Ook kunnen de axionen middels de zogeheten axiogenese een rol spelen bij het overschot van de hoeveelheid materie boven de hoeveelheid antimaterie in het heelal (zie afbeelding hieronder).

Bij de axiogenese produceert het axion (zwarte balletje bovenin) in het vroege heelal door z’n spin een overschot aan materie (de gekleurde balletjes) boven antimaterie, sterren, sterrenstelsels en uiteindelijk ons opleverend. Credit: grafiek Harigaya & Co | foto: NASA

Kortom, axionen schijnen een kosmisch manusje van alles te zijn. Hier het vakartikel van Raymond T. Co et al, verschenen in the Physical Review Letters. Bron: IAS.

Twee spectaculaire mega-bliksems breken alle records

Deze spectaculaire blikseminslag in Kroatië dient puur als illustratie. Dit exemplaar is echter kinderspel in vergelijking met de mega-bliksems uit het artikel. Credits: WMO/Boris Baran.

Wetenschappers hebben recordbrekende bliksemschichten waargenomen in Zuid-Amerika. Jawel, we hebben het hier over aardse bliksemschichten en niet over de veel sterkere exemplaren die voorkomen op gasplaneten zoals Jupiter of Saturnus. Dat maakt de bliksemschichten in kwestie echter niet minder spectaculair.

Het eerste exemplaar die we bespreken vond plaats op 4 maart 2019 en hield maar liefst 16,73 seconden aan. Ding dong, moet je voorstellen dat je zo’n ding voorbij ziet komen. Bijna zeventien seconden! Op 31 oktober van hetzelfde jaar vond in Brazilië een tweede exemplaar plaats die ik even wou noemen. Deze bliksemschicht wist namelijk een horizontale afstand van meer dan 700 kilometer af te leggen – dat is vergelijkbaar met de afstand tussen Amsterdam en Genève!

De 700 kilometer lange recordbliksem waargenomen door apparatuur aan boord van een weersatelliet. Credit: WMO.

De oude recordhouder was een megabliksem die op 20 juni 2007 een afstand van 321 km aflegde in de Amerikaanse staat Oklahoma. Het vorige record van tijdslengte is een bliksem die op 30 augustus 2012 in Frankrijk werd waargenomen en “slechts” 7,74 seconden duurde. Dit soort mega-ontladingen zijn relatief recent voor het eerst waargenomen en het onderzoek staat nog in de kinderschoenen. Het is niet precies bekend hoe ze ontstaan en waarom ze enorm zeldzaam zijn.

Bron: UN News

Kudo’s aan Frenk Janse voor de tip trouwens 😉

Reusachtige “zonnevlekken” oorzaak van de afnemende helderheid van Betelgeuze

Artistieke impressie van de enorme “sterrevlekken” aan het oppervlak van Betelgeuze. Credits: MPIA graphics department.

Betelgeuze, de helderste ster in het sterrenbeeld Orion, heeft de gemoederen de afgelopen winter aardig bezig gehouden. De reuzenster was namelijk spectaculair in helderheid afgenomen en de media waren hier massaal opgedoken met overdreven berichten dat Betelgeuze “ieder moment” zou kunnen ontploffen. Uiteraard gingen de wetenschappers hier helemaal niet vanuit. Uit recent onderzoek is gebleken dat reusachtige “sterrevlekken” (vergelijkbaar met zonnevlekken, maar dan ontelbare keren groter) de boosdoener zijn. De alternatieve theorie waarbij uitgestoten stof verantwoordelijk zou zijn voor de 40% afname in helderheid kan hiermee de prullenbak in.

Betelgeuze is een massieve ster die op kosmische tijdschaal zijn einde nadert en ergens in de komende 100.000 jaar zal ontploffen als supernova. De ster heeft een massa van 20 zonsmassa’s en is ruim 1000 keer groter qua omvang. Als we Betelgeuze op de plaats van de zon zouden zetten, zou deze bijna de omloopbaan van Jupiter bereiken. Dit maakt Betelgeuze een rode superreus, een massieve ster waarbij de brandstof in de kern aan het opraken is. Paradoxaal genoeg gaan sterren dan uitdijen, waarbij ze onstabiel worden en gaan pulseren.

Betelgeuze is groot genoeg om met telescopen zijn oppervlak te kunnen zien. Deze twee opnames laten de verspreiding van zichtbaar licht aan het oppervlak zien vóór en tijdens de afname in helderheid. Vanwege de asymmetrie concluderen de auteurs dat het om enorme sterrevlekken moet gaan. Credit: ESO.

Vanwege hun enorme omvang, is de zwaartekracht van zo’n ster aan het “oppervlak” veel minder dan bij een kleinere ster. Dat betekent dat pulsaties gemakkelijk kunnen leiden tot het uitstoten van de buitenlagen, die vervolgens zullen afkoelen tot een materiaal dat sterrenkundigen “stof” noemen. Door dit stof zal het (zichtbare) licht van de reuzenster tegengehouden worden, zodat de helderheid gezien vanaf de aarde zal afnemen.

Nu hebben astronomen gebruik gemaakt van telescopen die “zien” in submillimeter-straling (namelijk de Atacama Pathfinder Experiment en de James Clerk Maxwell Telescope) om naar Betelgeuze te turen. Het door reuzensterren uitgestoten stof straalt vaak heel helder in deze voor ons onzichtbare golflengte van licht. Echter blijkt dat Betelgeuze ook op deze golflengtes een stuk donkerder dan normaal te zijn. Dat betekent dat het verschil in helderheid plaats moet vinden aan het oppervlak van de ster en niet daarbuiten. Enorme sterrevlekken zijn de meest waarschijnlijke verklaring.

Betelgeuze heeft geen goed gedefinieerd oppervlak zoals onze zon, maar bestaat uit enkele tientallen kolkende granules. Credits: ESO/L. Calçada. 

Maar hoe kunnen sterrevlekken zo enorm groot worden? Als je een detailopname van de zon bekijkt, zie je dat het oppervlak bedekt wordt door talloze convectiecellen die we granules noemen. De zon is echter een vrij kleine en bijzonder stabiele ster en dat kun je van Betelgeuze niet zeggen. Het is feitelijk een nauwelijks door de zwaartekracht bijeen gehouden explosie, met enorme convectiecellen die de ster het uiterlijk geven van een bubbelende nevel in plaats van een mooi gedefinieerd oppervlak. Waar de zon miljoenen granulen heeft, bevat Betelgeuze er maximaal slechts enkele tientallen.

Een flink aantal hiervan moeten qua temperatuur zo’n 200 graden zijn gedaald ten opzichte van normaal. Dat kun je bij de zon ook vaak zien – donkere vlekken trekken dan over het oppervlak. Dit zijn granulen met een relatief lagere temperatuur, die door onze ogen opgepikt worden als zwarte vlekken. Bij Betelgeuze moeten dit soort sterrevlekken echter enorm groot kunnen worden om de waarnemingen te verklaren, waarbij ze wel 50 tot 70 procent van het totale oppervlak uitmaken. Toch is dit ruimschoots de beste verklaring en het mysterie lijkt hiermee te zijn opgelost.

Bron: Max Planck Institute for Astronomy

Een kosmisch mysterie: ESO-telescoop registreert de verdwijning van een zware ster

Deze illustratie laat zien hoe de lichtsterke blauwe variabele in het Kinman-dwergstelsel er voor zijn geheimzinnige verdwijning kan hebben uitgezien. Credit: ESO/L. Calçada

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht hebben astronomen de verdwijning opgemerkt van een instabiele massarijke ster in een klein sterrenstelsel. De wetenschappers denken dat dit erop wijst dat de ster minder helder is geworden en deels verduisterd is door stof. Een alternatieve verklaring is dat de ster is ingestort tot een zwart gat, zonder dat daar een supernova-explosie aan vooraf is gegaan. ‘Als dat zo is’, zegt teamleider en promovendus Andrew Allan van het Trinity College Dublin, Ierland, ‘zou dat de eerste directe detectie zijn van een monsterster die zijn leven op deze manier afsluit.’

Tussen 2001 en 2011 is de geheimzinnige zware ster, die deel uitmaakt van het Kinman-dwergstelsel (ook bekend als PHL 293B), door verscheidene teams van astronomen onderzocht, en hun waarnemingen wezen erop dat deze zich in zijn eindstadium bevond. Samen met medewerkers uit Ierland, Chili en de VS wilde Allan meer te weten komen over hoe zeer massarijke sterren hun bestaan afsluiten, en het object in de Kinman-dwerg leek het perfecte onderzoeksobject. Maar toen zij ESO’s VLT in 2019 op het verre sterrenstelsel richtten, konden zij de karakteristieke signaturen van de ster niet meer terugvinden. ‘Tot onze verrassing kwamen we erachter dat de ster verdwenen was!’, zet Allan, die leiding gaf aan het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society zijn gepubliceerd.

Hubble-opname van het Kinman-dwergstelsel. Credit:
NASA, ESA/Hubble, J. Andrews (U. Arizona)

Met een afstand van circa 75 miljoen lichtjaar is het Kinman-dwergstelsel in het sterrenbeeld Waterman zo ver weg, dat astronomen het niet in afzonderlijke sterren kan oplossen. Wel kunnen ze de signaturen van sommige van deze sterren registreren. Tussen 2001 en 2011 vertoonde het licht van het sterrenstelsel consistent aanwijzingen dat zich hierin een ‘lichtsterke blauwe variabele’ ster bevond die ongeveer 2,5 miljoen keer zo helder was als de zon. Sterren van dit type zijn instabiel en vertonen soms dramatische veranderingen, zowel in hun spectra als in helderheid. Maar zelfs dán laten lichtsterke blauwe variabelen specifieke sporen achter waaraan wetenschappers ze kunnen herkennen. In de gegevens die het onderzoeksteam in 2019 heeft verzameld ontbraken deze sporen echter, wat de vraag oproept wat er met de ster is gebeurd. ‘Dat zo’n massarijke ster verdwijnt zonder een heldere supernova-explosie te hebben geproduceerd, zou uitermate ongebruikelijk zijn’, zegt Allan.

Positie van het Kinman-dwergstelsel in het sterrenbeeld Waterman (Aquarius). Credit:
ESO, IAU and Sky & Telescope

De astronomen hebben in augustus 2019 om te beginnen het ESPRESSO-instrument op de ster gericht, waarbij de vier 8-meter telescopen van de VLT gelijktijdig werden gebruikt. Ze konden de sporen die op het bestaan van de heldere ster wezen echter niet terugvinden. Een paar maanden later deed het team een nieuwe poging, ditmaal met het X-shooter-instrument, ook van ESO’s VLT. En opnieuw bleef de ster spoorloos.

‘Mogelijk hebben we een van de meest massarijke sterren in het lokale heelal als een nachtkaars zien uitgaan’, zegt teamlid Jose Groh, ook van het Trinity College Dublin. ‘Onze ontdekking zou niet mogelijk zijn geweest zonder de krachtige 8-meter telescopen van ESO, hun unieke instrumentatie en de snelle toegang daartoe in vervolg op de recente toetreding van Ierland tot ESO.’ Ierland is pas sinds september 2018 lidstaat van ESO.

Vervolgens pakte het team er oudere gegevens bij die met X-shooter en het UVES-instrument van ESO’s VLT, die in de Chileense Atacama-woestijn staat, en telescopen elders zijn verkregen. ‘De ESO Science Archive Facility stelde ons in staat om gegevens van hetzelfde object te vinden die in 2002 en 2009 waren verzameld’, zegt Andrea Mehner, stafastronoom bij ESO in Chili, die aan het onderzoek heeft meegewerkt. ‘Met name de vergelijking van de hoge-resolutie UVES-spectra uit 2002 met onze gegevens die in 2019 met ESO’s nieuwste hoge-resolutie spectrograaf ESPRESSO zijn verzameld waren veelzeggend – zowel in astronomisch als in instrumenteel opzicht.’

Overzichtsfoto van het hemelgebied waarin het Kinman-dwergstelsel te vinden is. Credit:
ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

De oude gegevens wezen erop dat de ster in de Kinman-dwerg mogelijk een krachtige uitbarsting heeft ondergaan, die waarschijnlijk ergens na 2011 is geëindigd. Lichtsterke blauwe variabelen zoals deze vertonen in de loop van hun bestaan vaak reusachtige uitbarstingen, waardoor ze in korte tijd veel massa kwijtraken en hun helderheid sterk toeneemt.

Op basis van hun waarnemingen en modelberekeningen komen de astronomen tot twee suggesties die de verdwijning van de ster en het ontbreken van een supernova in relatie tot deze mogelijke uitbarsting kunnen verklaren. Mogelijk is de lichtsterke blauwe variabele door de uitbarsting veranderd in een minder heldere ster, die ook nog eens deels door stof wordt verduisterd. Een andere mogelijkheid is dat de ster is ineengestort tot een zwart gat, zonder dat daar een supernova-explosie aan voorafging. Dat zou een zeldzame gebeurtenis zijn: volgens de huidige inzichten sluiten zware sterren hun bestaan af met een supernova.

Er is meer onderzoek nodig om vast te kunnen stellen welk lot de ster heeft ondergaan. ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die volgens plan in 2025 in bedrijf komt, kan sterrenstelsels zoals de Kinman-dwerg in afzonderlijke sterren scheiden, wat de oplossing van dit kosmische mysterie dichterbij kan brengen. Credit: ESO.

Twee superaardes ontdekt rondom nabije dwergster [Update]

Artistieke impressie van de exoplaneten bij Gliese 887. Credit: Mark Garlick.

Astronomen van de Universiteit van Göttingen hebben twee super-aardes gevonden bij de nabije ster Gliese 887, die toevallig de helderste rode dwergster aan de sterrenhemel is. Super-aardes hebben een massa die hoger is dan bij de aarde, maar flink lager is dan bij onze lokale ijsreuzen Uranus en Neptunus.

De gevonden exoplaneten draaien vlakbij de zogenaamde leefbare zone rondom Gliese 887, de afstand waarop vloeibaar water aan het oppervlak mogelijk zou kunnen zijn. Het is niet helemaal bekend wat de samenstelling van de planeten zal zijn, hoewel ze vermoedelijk rotsachtig van aard zijn. Een meer gasvormige samenstelling, zoals bij Uranus en Neptunus, kan niet uitgesloten worden. Na enige correspondentie met de auteurs blijkt dat beide planeten een massa hebben van iets meer dan 2 aardemassa’s, waardoor ze vrijwel zeker rotsachtig zullen zijn.

De planeten zijn ontdekt doordat ze met hun zwaartekracht hun moederster doen wiebelen. De gevonden signalen corresponderen met een omlooptijd van respectievelijk 9,3 en 21,8 dagen. Dat betekent dat beide super-aardes, die Gliese 887b en Gliese 887c gedoopt zijn, veel dichter bij hun moederster staan dan Mercurius bij onze zon. Aangezien rode dwergsterren veel kleiner en minder helder zijn dan de zon, bevindt de leefbare zone zich ook veel dichterbij de moederster dan we gewend zijn in ons zonnestelsel.

De gemiddelde oppervlakte-temperatuur van de buitenste planeet wordt door de wetenschappers geschat op 70 graden Celsius. Dit zou de planeet, afhankelijk van de samenstelling van de atmosfeer, mogelijk leefbaar kunnen maken voor extremofielen (microben die bestand zijn tegen dergelijke temperaturen) of natuurlijk voor vormen van leven “zoals wij dat niet kennen”.

Nu is de ontdekking van een Super-aarde niet langer heel baanbrekend, maar toch worden astronomen enthousiast van deze twee exemplaren. Ze staan namelijk op een afstand van slechts 11 lichtjaar, waardoor het relatief gemakkelijk zal zijn om hun dampkring te bestuderen. Hiermee zijn de planeten aantrekkelijke doelwitten voor de James Webb Space Telescope, de opvolger van Hubble waarvan de lancering talloze keren is uitgesteld – recent nog vanwege de Corona-crisis.

Overigens is de moederster, Gliese 887, bijzonder rustig voor een rode dwerg. Dat is goed nieuws, aangezien dergelijke sterren normaliter super-actief zijn, met krachtige sterrevlammen en een stormachtige sterrewind. Dat betekent dat een gemiddelde rode dwergster een planeet gemakkelijk van zijn dampkring kan ontdoen. Dat zal bij Gliese 887b en Gliese 887c gelukkig geen issue zijn.

Het volledige vak-artikel over de ontdekking kan hier ingezien worden.

Bron: Universiteit van Göttingen

Er zijn mogelijk zes exomanen gespot

Artistieke impressie van een exomaan. Bron: ESA/NASA.

Astronomen van de Western University in Canada hebben mogelijk zes exomanen gespot, oftewel manen die rondom planeten bij andere sterren draaien. Helaas blijft het bij aanwijzingen – met de huidige technieken kan het bestaan van deze objecten niet bevestigd worden. Hopelijk zal een nieuwe generatie telescopen hier verandering in brengen.

Heel verrassend is het bestaan van exomanen trouwens niet. Ons zonnestelsel bevat honderden natuurlijke satellieten, dus waarom zou dat bij andere planetenstelsels anders zijn? Hoewel inmiddels ruim 4000 exoplaneten (planeten buiten het zonnestelsel) bekend zijn, heeft men nog nooit met zekerheid een maan gevonden buiten het zonnestelsel. Natuurlijk zijn de laatste jaren een paar kandidaten opgedoken en daar kunnen deze zes “nieuwe” exemplaren bij opgeteld worden.

Maar goed, hoe zijn deze kandidaten gevonden? Door te kijken naar de gegevens van de Kepler-ruimtetelescoop, de planetenvinder die veel te vroeg is heengegaan en in 2018 buiten gebruik is genomen. Met deze telescoop keek men naar zogenaamde overgangen (transits), waarbij een exoplaneet voor het oppervlak van de moederster langs trekt en hierbij een klein beetje van het sterrelicht doet dimmen.

Helaas zijn de kandidaat-exomanen te klein om zelf hun eigen transits te creëren. In plaats daarvan verraden ze hun aanwezigheid door de zwaartekrachtinvloed die ze uitoefenen op hun moederplaneet. Als een planeet ongestoord kan rondcirkelen dan zal het sterlicht op periodieke momenten tegengehouden worden. Soms kunnen hier onregelmatigheden bij voorkomen, waardoor de transits een paar minuten te vroeg óf te laat plaatsvinden.

De aanwezigheid van een maan bij zo’n planeet is de meest logische verklaring van dergelijke fluctuaties, die transit timings variations (TTV’s) genoemd worden. Het grote probleem is dat TTV’s in theorie ook veroorzaakt kunnen worden door een nog onontdekte medeplaneet in het stelsel in kwestie. Dat betekent dat deze exomanen voorlopig nog wel “kandidaten” zullen blijven, aangezien de telescopen die nodig zijn om het bestaan van deze manen te bevestigen (nog) niet bestaan.

Overigens zijn de zes kandidaat-exomanen gespot in de volgende planetenstelsels: KOI 268.01, Kepler 517b, Kepler 1000b, Kepler 409b, Kepler 1326b en Kepler 1442b en bevinden zich op een afstand van 200 tot 3000 lichtjaar vanaf de aarde. Het volledige vak-artikel over de ontdekking kan hier ingezien worden.

Bron: Western University

Vijftig jaar oude theorie van Roger Penrose met geluidsexperiment bevestigd

Wetenschappers van de Universiteit van Glasgow hebben een experiment gedaan welke een vijftig jaar oude theorie van Roger Penrose heeft bevestigd die claimt dat een zwart gat met een een flinke dosis ingenieusiteit, als energiebron te gebruiken zou zijn. Met gebruik van geluidsgolven konden de onderzoekers een experiment van een verschijnsel doen waarvan men zo’n vijf decennia lang dacht dat dit uit technisch oogpunt onmogelijk was. Terug in 1969 theoretiseerde de beroemde Britse wis- en natuurkundige Roger Penrose dat energie zou kunnen worden opgewekt door een object in de ergosfeer van het zwarte gat te laten zakken – de buitenste laag van de waarnemingshorizon van een zwart gat, waar een object sneller dan de lichtsnelheid zou moeten bewegen om stil te blijven hangen. Penrose voorspelde dat het object in deze ongebruikelijke ruimte een negatieve energie zou verkrijgen. Door het object te laten vallen en in tweeën te splitsen zodat de ene helft in het zwarte gat valt terwijl de andere wordt hersteld, zou de terugslagactie een verlies aan negatieve energie meten – in feite zou de herstelde helft energie winnen die wordt onttrokken aan de rotatie van het zwarte gat. Het is onnodig te zeggen dat dit een bovenmenselijk staaltje ingenieusiteit zou vergen en dus zou volgens Penrose alleen een technologisch zeer geavanceerde en misschien buitenaardse beschaving in staat zijn om zo een project uit te voeren. Lees verder

Is het nou een Hubble H0 spanning of meer een T0 spanning?

credit: NASA/JPL/STScI Hubble Deep Field Team

Het verhaal van de Hubble spanning hoef ik jullie niet meer uit te leggen, of je moet de afgelopen vier jaar onder een steen hebben gelegen. Soms zijn er pogingen de Hubble spanning op te lossen die heel verrassend zijn en de hypothese die ik vandaag tegenkwam is er zo eentje. Centraal daarin staat T0, de huidige gemiddelde temperatuur van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels : Cosmic Microwave Background, CMB). Die achtergrond van 400 fotonen per kubieke cm, restant van de hete oerknal 13,8 miljard jaar geleden, is enkele jaren terug uitgebreid bestudeerd met de Europese Planck satelliet. Op grond van die waarnemingen kwam ‘ie tot een Hubble constante H0 in het huidige heelal van 67,4 km/s/Mpc. Planck deed dat door naar de anisotropieën te kijken in de CMB, de minieme variaties (in de orde van een honderduizendste van T0) in temperatuur, waarbij de iets hogere temperaturen komen door gebieden in het vroege heelal waar de dichtheid aan materie hoger was en de lagere temperaturen waar die lager was (zie afbeelding hieronder).

De CMB, waargenomen door Planck. Blauw de iets koelere gebieden, rood de iets warmere gebieden ten opzichte van T0. (Credit: ESA/Planck)

Bij deze variaties moet je kijken naar de gemiddelde temperatuur van de CMB, waar je boven of onder kunt zitten. Die gemiddelde temperatuur van de CMB in het huidige heelal T0 is 2,72548 ± 0,00057) K. Maar deze gemiddelde temperatuur is niet door Planck gemeten, Planck heeft alleen de anisotropieën gemeten ten opzichte van T0. De gemiddelde temperatuur was eerder al gemeten met experimenten met ballonnen op aarde en met het FIRAS instrument aan boord van COBE, een voorganger van Planck. Die waarde van T0 werd door de mensen van het Planck team gebruikt als basis aanname, een zogeheten ‘prior’. Maar wat nou als die aanname onjuist is? Dat is wat Mikhail M. Ivanov, Yacine Ali-Haïmoud en Julien Lesgourges zich onlangs afvroegen en waarover ze dit vakartikel publiceerden. Wat nou als T0 niet 2,72548 K is, verandert dat niet H0? Ivanov en z’n collega’s draaiden het daarom om: kijk naar H0 en probeer daarmee T0 te bepalen. Dat leverde als resultaat het volgende op:

Credit : Ivanov et al.

Als de waarde van H0 van Planck en SHoES wordt genomen komt de grijze piek eruit, afwijkend van de FIRAS waarde voor T0. Nou is alleen H0 van Planck verschillend van die van SHoES, want de laatste is gebaseerd op waarnemingen aan Cepheïden en type Ia supernovae in het lokale heelal. Maar neem je het gemiddelde dan krijg je een andere T0 en daarmee zou de Hubble-spanning van H0 uit de wereld zijn. Die T0 die daarvoor nodig is bedraagt zo’n 2,58 K, da’s 0,14 K lager dan de waarde van FIRAS. Maar die waarde is afwijkend van wat de zogeheten BAO’s (Baryon Accoustic Oscillations) weer aan gemiddelde temperatuur van de CMB opleveren, de blauwe lijn in de grafiek hierboven. En die ligt weer dicht bij de FIRAS-waarde van T0. De Hubble spanning, in de vorm van H0 óf in de vorm van T0. blijft dus nog wel bestaan. Bron: Astrobites.

26 stofschijven bij jonge sterren gedetailleerd in beeld gebracht

24 van de 26 gefotografeerde stofschijven bij jonge sterren. Credit: UC Berkeley image by Thomas Esposito

Sterrenkundigen hebben met de Gemini Planet Imager Exoplanet Survey (GPIES) 26 stofschijven bij jonge sterren gedetailleerd in beeld gebracht. De beelden zijn verkregen door vier jaar van onderzoek met de Gemini Planet Imager (GPI), een camera die verbonden is aan de 8-meter Gemini South telescope in Chili, een camera die gebruik maakt van adaptieve optiek om turbulenties in de aardse atmosfeer te verminderen en haarscherpe foto’s te krijgen. Met de GPI keek men naar 104 sterren die zeer veel infraroodstraling uitzenden, een teken dat ze om zich heen een wolk van stof hebben, die door de ster wordt verwarmd. Met GPI kan men gepolariseerd licht in het nabije infrarood zien, dat verstrooid wordt door stofdeeltjes, die ongeveer een duizendste milimeter groot zijn (1 micrometer). 26 Sterren van de 104 bleken omgeven te zijn door schijven van stof en in 25 daarvan kwamen gaten voor, een teken van planeten die daar ontstaat (zijn) en die hun baan schoonvegen door hun zwaartekracht. Slechts één ster, HD 156623, had geen gat. Niet verrassend, want het is één van de allerjongste sterren die onderzocht is en daar moet de planeetvorming kennelijk nog starten.

Zes stofschijven, die laten zien hoe divers de vormen en afmetingen zijn. Credit: nternational Gemini Observatory, NOIRLab, NSF, AURA and Tom Esposito, UC Berkeley. Image processing by Travis Recto, University of Alaska Anchorage, Mahdi Zamani and Davide de Martin.

De GPI bevat een coronagraaf, die het licht van de ster kan blokkeren, zodat het zwakkere licht van de stofschijf tevoorschijn komt. Daarmee lukte het om de stofschijven te fotograferen tot een afstand van slechts 1 AE van de sterren, één keer de afstand aarde-zon, 150 miljoen km. De zon moet vier en een half miljard jaar geleden ook zo’n stofschijf hebben gehad, waaruit z’n planeten onstonden. Maar niet bekend is op welk van die 26 gefotografeerde stofschijven die van de zon moet hebben geleken.

In the Astronomical Journal verscheen dit vakartikel over de waarnemingen aan de stofschijven. Bron: Berkeley.

Hé dat is handig, de ‘Alien Civilization Calculator’

Credit: Omnicalculator.

De vraag of en hoeveel intelligente buitenaardse beschavingen er zijn is boeiend en al tientallen jaren proberen we er antwoord op te geven, onlangs deden twee sterrenkundigen weer een poging. Al die pogingen zijn in feite niets anders dan een nadere invulling van de beroemde vergelijking van Drake, of een moderne variant van die vergelijking (zie hieronder). Frank Drake kwam er in 1961 mee aan op een bijeenkomst op het Green Bank Observatorium en de weergave die Daniëlle Futselaar van de vergelijking maakte blijft toch wel de mooiste:

Credits: Daniëlle Futselaar/SETI.org.

Afijn, waar ik naartoe wil is dat er nu een ‘Alien Civilization Calculator’ is verschenen, waarop je zelf met de verschillende ingrediënten van de Drake-formule kunt stoeien en dan kan kijken wat er uitkomt. Behalve de vergelijking van Drake wordt door de calculator ook nog een andere methode gehanteerd en wel die van het ‘Astrobiologische Copernicaanse principe’, de manier zoals die ook door Tom Westby en Christopher J. Conselice, waar ik hierboven de link van gaf. Hieronder de calculator, met nu ingevuld de gegevens die Westby en Conselicein hebben gebruikt, in de bron onderaan vind je meer uitleg over de calculator. Probeer alle mogelijkheden zelf uit en kijk wat de uitkomst is.

Alien Civilization Calculator

Bron: Omnicalculator.