6 mei 2021

Gas in grootschalige structuren in het heelal afgelopen acht miljard jaar drie keer zo heet geworden

Boven: de temperatuursontwikkeling in het heelal de afgelopen 11 miljard jaar, onder: de ontwikkeling van de grootschalige structuren in dezelfde periode. Credit: D. Nelson / Illustris Collaboration.

Sterrenkundigen hebben ontdekt dat het hete gas dat zich bevindt in de grootschalige structuren van het heelal – dat is het kosmische web van de (super-)clusters van sterrenstelsels – afgelopen acht miljard jaar maar liefst drie keer heter is geworden. De temperatuur van elektronen in dat gas was 8 miljard jaar geleden (roodverschuiving z=1) 700.000 K, nu (z=0) is dan maar liefst 2 miljoen K. Yi-Kuan Chiang (Ohio State University) en z’n team hebben dit ontdekt door te kijken naar de gegevens die verzameld zijn met de Planck satelliet en de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), de eerste keek naar de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB), de tweede naar licht en spectra van sterrenstelsels. Door die gegevens te combineren kregen ze een indruk van de thermische druk rondom sterrenstelsels. Daarmee waren ze in staat om het zogeheten “Sunyaev-Zeldovich” (SZ) effect te meten, een effect dat voorspeld in 1972 werd door twee Russische sterrenkundigen,  Rashid Sunyaev en Yakov Zel’dovich.

Het SZ-effect. Credit: Argelander Institut für Astronomie.

Dat tweetal betoogde dat fotonen die van de CMB afkomstig zijn – welke zo’n 380.000 jaar na de oerknal ontstond op het moment dat het heelal door z’n expansie zo ver was afgekoeld dat de fotonen vrij konden bewegen – onderweg richting de aarde beïnvloed worden door de massa van de clusters van sterrenstelsels die ze passeren. Door de zogenaamde ‘omgekeerde Compton verstrooiing‘ zorgen de electronen in die clusters er voor dat de energie van de fotonen een tikkeltje verandert. De intensiteit van het SZ-effect is gekoppeld aan de thermische druk van het gas en die is weer gekoppeld aan de temperatuur van de elektronen. En zo kon men de temperatuur van de elektronen in de ‘Large Scale Structures’ (LSS) van afgelopen 8 miljard jaar meten – hieronder de grafiek met de resultaten.

Credit: Chiang, Makiya, Ménard and Komatsu, Astrophysical Journal, 902, 56 (2020).

Hier het vakartikel over het onderzoek aan de temperatuur van het hete gas, verschenen in the Astrophysical Journal. Bron: Kavli Instituut/IPMU.

Comments

  1. Heel bijzonder dit bericht.

    Gelukkig heeft dit niets met de opwarming van onze Aarde te doen.
    Want anders zouden bestuurders ons ( de bewoners van de Aarde ) er ook nog de schuld aan geven.
    Toch, zover als mijn kennis en visie reikt lijkt het erop dat Ruimte – Tijd het plaatselijk wint van de uitdijing van het Heelal.
    Als Materie bij elkaar komt ontstaat er ter plaatsen meer druk en druk is gelijk aan warmte en dat is toch wat men zie in die op Hersens lijkende structuur.
    Wat dit uiteindelijk voor de evolutie van het Heelal gaat betekenen kan ik niet werkelijk zeggen.
    Maar zo te zien zou alles ooit tot stilstand kunnen komen en gaan we weer richting een totale opeenhoping.

    • Het gaat hier om lokale situaties, waarbij sterrenstelsels gas uit hun omgeving aantrekken en dat veroorzaakt dan een stijging van de temperatuur van het gas. Ook al hebben we het over grootschalige structuren waar zich dit afspeelt, ten opzichte van het gehele heelal blijven het lokale aangelegenheden. De verschillen in temperatuur tussen de hete elektronen in het intergalactische gas en de fotonen van de CMB zijn ook enorm: twee miljoen K versus 2,7 K.

  2. Wybren de Jong zegt

    Welke temperatuur zal men over nog eens 8 miljard jaar meten?
    Ik zie de curve in de grafiek afbuigen. Is er een asymptotische nadering tot een maximum temperatuur?

    • Ja een boeiende vraag, hoe heet zal het gas over acht miljard jaar zijn? Het hangt denk ik van twee dingen af. Aan de ene kant heb je de voortdurende expansie van het heelal, die er voor zorgt dat sterrenstelsels (die meebewegen met de expansie van de ruimte) verder van elkaar af komen te liggen en alles uitdunt. Aan de andere kant heb je de lokale clusters en superclusters van sterrenstelsels, die nog grip op elkaar hebben door de zwaartekracht en die door hun interacties ervoor zorgen dat gas tussen de stelsels wordt samengedrukt en opgewarmd. Het zou best kunnen dat de uitkomst van deze twee bewegingen een asymptotische limiet is.

Laat een antwoord achter aan Arie Nouwen Antwoord annuleren

*

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

%d bloggers liken dit: