Opgezwollen sterrenstelsels kunnen langer sterren vormen dan hechte compacte sterrenstelsels

Een verzameling van 25 schijf-sterrenstelsels. Links foto’s van de stelsels in H-alpha van interstellair gas, een graadmeter voor de stervorming, rechts in optisch licht van jonge (blauwe) en oude (rode) sterren. Credit: TNG Collaboration.

Recent onderzoek laat zien dat ‘opgezwollen’ sterrenstelsels, formeel heten ze ‘extended galaxies’, langer stervorming in stand houden dan hechte, compacte sterrenstelsels. Het heelal is 13,8 miljard jaar oud en ongeveer vier miljard jaar na de oerknal bereikt de stervorming in het heelal z’n hoogtepunt. Onderzoek door een team van sterrenkundigen onder leiding van Anshu Gupta en Kim-Vy Tran (ARC Centre of Excellence in All Sky Astrophysics in 3 Dimensions) laat nu zien dat die ‘puffy galaxies’, zoals ze ook wel worden genoemd, hun verhoogde stervorming langer volhielden dan stelsels die hecht waren, die veel van hun materie dicht bijeen in de kern hadden. Die laatste categorie had in eerste instantie een hele hoge snelheid van stervorming door die hecht verzamelde materie, met als gevolg dat er veel zware sterren onstonden, die na een relatief kort maar heftig leven als supernovae explodeerden. Dat zorgde er voor dat veel materie in het centrale superzware zwarte gat terecht kwam, wiens accretieschijf sterk actief werd. Dat laatste leidde er weer toe dat uiteindelijk veel materie het stelsel uit werd geblazen, materie zoals koud waterstofgas, dat de noodzakelijke grondstof vormt voor de vorming van nieuwe sterren. Geen koud waterstofgas in de buurt, dan ook geen nieuwe stervorming.

Het verschil in stervorming tussen de opgezwollen en compacte sterrenstelsels. Credit: Anshu Gupta / Kim-Vy Tran from Australia’s ARC Centre of Excellence in All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D).

Opgezwollen stelsels daarentegen doen het een stuk rustiger. Hun materie zit niet compact bijeen in de kern, dus er is geen hausse aan massieve stervorming en daaropvolgende supernovae. Daar dus geen oververhit superzwaar zwart gat dat alle ingrediënten voor nieuwe stervorming wegblaast. Voor het onderzoek van Gupta et al werd gebruik gemaakt van de TNG100 (100 Mpc)³ simulatie van het IllustrisTNG project. Hier het vakartikel over de opgezwollen sterrenstelsels, dat op 2 februari verscheen in the Astrophysical Journal. Bron: Astro3D.

Omlooptijd van de golf in de Melkweg is 450 miljoen jaar

Credit: Xinlun Cheng

Het Melkwegstelsel is een balkspiraalstelsel, waarvan de platte schijf van honderden miljarden sterren aan de uiteinden gekromd is, zoals je ziet op de afbeelding hierboven. Recent onderzoek van een drietal sterrenkundigen, waarbij gebruik is gemaakt van gegevens van de Europese satelliet Gaia en van de APOGEE spectrograaf laat nu zien dat die kromming als een golfbeweging door de Melkweg trekt, als een wave door het voetbalstadion. Bij de sportieve wave in een stadion gaan de supporters afwisselend op en neer, bij de golf in het Melkwegstelsel bewegen de afzonderlijke sterren op en neer, maar gaat ook de gehele schijf op en neer, alsof bij de sportieve wave ook het stadion meedeint.

Rimpels in de Melkweg door de passage van het Sagittarius dwergstelsel. Credit: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Xinlun Cheng (Universiteit van Virginia) en z’n collega’s denken dat de golf eens per 450 miljoen jaar één omwenteling om het centrum van de Melkweg maakt – ter vergelijking: de zon doet er tussen de 225 en 250 miljoen jaar over om één omwenteling te makan, het zogeheten galactische jaar. Met de gegevens van Gaia en APOGEE konden de sterrenkundigen de afstand, snelheid, bewegingsrichting en scheikundige samenstelling van sterren in de Melkweg nauwkeurig volgen en op basis daarvan konden ze de golfbeweging van de Melkweg in kaart brengen. De vraag was vervolgens of de golf een gevolg is van de interne dynamiek van de Melkweg of omdat het komt doordat de Melkweg een botsing heeft ondergaan. Dat laatste blijkt het geval te zijn: de golfbeweging is het gevolg van een passage van het dwergstelsel Sagittarius zo’n drie miljard jaar geleden, hetgeen eerder al werd vermoed. Het is dus een soort van natrilling of ‘oscillatie’ als gevolg van die passage. Hier het vakartikel van Cheng et al over de omlooptijd van de golf, te verschijnen in the Astrophysical Journal. Bron: Phys.org.

China start 2021 voortvarend met drietal lanceringen en eerste foto van Mars door Tianwen-1

China is 2021 voortvarend gestart met een drietal lanceringen en heeft tevens de eerste foto van Mars uitgegeven die door Tianwen-1 gemaakt is, de sonde die in mei a.s. een Marslanding gaat maken. In januari heeft China een drietal Yaogan militaire satellieten gelanceerd vanaf de lanceerbasis Jiuquan Satellite Launch Center, gelegen in het noordwesten van het land en twee satellieten uit de Tongxin Jishu Shiyan Weixing-klasse (TJSW). Het grootste staatsruimtevaartbedrijf van China, het China Aerospace science and Technology (CASC) verklaarde dat de Yaogan-lancering een succes was, de LM 4C toog na lancering richting het zuidoosten en bracht de satellieten in een aardebaan op een hoogte van 1100 km. Het CASC stelde dat de satellieten bedoeld zijn voor aardobservatie, meer specifiek voor detectie van de electromagnetische omgeving. Volgens westerse militair analisten zijn de satellieten echter bedoeld om marineschepen van buitenlandse mogendheden te bespioneren. Het trio satellieten zou mogelijk deel uitmaken van het Yaogan 31-systeem (de naam gebruikt door China voor spionagesatellieten). De raket bracht het drietal in een aardebaan op een hoogte van 1100 km, met een helling van 63 graden. Dit betekent dat de satellieten noordelijk zo ver als zuidelijk Alaska, en zuidelijk zo ver als de South Shetland-eilanden (net ten noorden van het Antarctische schiereiland), over de aarde scheren. De Yaogans werden reeds in zes vorige LM 4C missies gelanceerd, allemaal uitgevoerd tussen 2010 en 2019 en, allen in drietallen in een dezelfde aardebaan gebracht als die van deze lancering op 29 janauri j.l. De VS catalogiseerde zes objecten in orbit na de lancering, de drie satellieten, de bovenste rakettrap en twee kleinere, nog te identificeren, objecten. Lees verder

Sterrenkundestudent ontdekt grote wolk ‘waterstofsneeuw’, een deel van de ontbrekende materie

Impressie van een koude gaswolk, die door getijdewerking uiteen is gerukt. Credit: University of Sydney

Dat slechts 5% van alle massaenergie in het heelal gewone, ‘baryonische’ materie is en de rest bestaat uit donkere energie en materie, is al lang bekend. Ook is bekend dat van die schamele 5% van protonen, neutronen, elektronen en andere elementaire deeltjes, waaruit sterren, planeten, gas- en stofwolken en jij en ik bestaan, pakweg de helft wordt vermist, de zogeheten ‘ontbrekende materie’. Maar het zou goed kunnen dat Yuanming Wang, studente sterrenkunde aan de Universiteit van Sidney in Australië, de ontbrekende materie deels heeft gevonden. Zij heeft een techniek ontwikkeld waarmee koude gaswolken in de Melkweg kunnen worden gedetecteerd. Die wolken zenden zelf te weinig licht uit om te worden waargenomen, ze geven zelfs geen radiostraling. Wang’s techniek komt er op neer dat gekeken wordt naar radiobronnen gelegen ver áchter de koude gaswolken. Als de radiostraling de gaswolken passeert zorgt dat er voor dat de straling iets flikkert, net zoals sterlicht kan flikkeren als het de aardse atmosfeer passeert. En die flikkering is door Wang met behulp van de Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop in West-Australië bij vijf radiobronnen waargenomen, bronnen die keurig op een rijtje aan de hemel liggen.

Enkele radiotelescopen van ASKAP. Credit: CSIRO.

Wang en haar collega Artem Tuntsov denken dat het gaat om een ijskoude wolk van ‘waterstofsneeuw’ met een temperatuur van -260 °C. De wolk ligt op ongeveer tien lichtjaar afstand, da’s dus relatief zeer dichtbij, en hij is ongeveer een biljoen kilometer lang en 10 miljard kilometer breed. De wolk zou de massa van de maan moeten hebben. Theoretici hadden al bedacht dat waterstof bij dergelijke lage temperaturen haast niet detecteerbare ‘sneeuw’ kan vormen. Een deel van de ontbrekende baryonische materie in het heelal zou uit deze wolken waterstofsneeuw bestaan. Hier het vakartikel over de wolk waterstofsneeuw, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Phys.org.

Precies vijftig jaar geleden ging Alan B. Shepard Jr. (Apollo 14) golfen op de maan

Credit: NASA

Het gebeurde op 6 februari 1971. Alan Shepard en Edgar Mitchell waren op 5 februari op de maan geland voor de Apollo 14 missie en de werkzaamheden op de maan waren bijna klaar, het tweetal was gereed om weer naar huis terug te keren. En toen deed Shepard, die in 1961 met de Mercury Freedom 7 de eerste Amerikaan in de ruimte was, iets verrassends. Hij haalde een golfstick tevoorschijn, een six iron golfclub om precies te zijn, en hij ging daar mee golfen op de maan! Niemand wist dat hij dit ging doen, behalve een klein clubje mensen bij de NASA. Shephard had de golfstick verstopt in z’n sok de Apollo 14 mee in gesmokkeld [1]De golfstick kon in verschillende delen uit elkaar worden geschroefd. en pas in de maanlander tevoorschijn gehaald. Hij had twee golfballen meegenomen van de River Oaks Country Club in Houston en die ging hij, terwijl de TV-camera verderop alles stond te filmen, wegslaan. De eerste slagen waren voornamelijk maangruis, maar het lukte Shephard om de twee ballen weg te slaan, ondanks z’n zware en logge pak – hij schijnt het voor de missie stiekem in een bunker in Houston te hebben geoefend. Voor het oog van de camera riep Shephard dat de ballen “Miles and miles and miles” ver weg kwamen, maar dat was schromelijk overdreven. Jaren dacht men dat de ballen ruim 180 meter ver kwamen, maar de Britse beeldspecialist Andy Saunders komt op basis van bestudering van de videobeelden op lagere afstanden uit: de eerste bal kwam 22 meter ver, de tweede 36 meter. Hieronder de beelden van vijftig jaar terug.

Bron: Phys.org.

References[+]

References
1 De golfstick kon in verschillende delen uit elkaar worden geschroefd.

Nieuwe theorie over de vijfde dimensie kan helpen bij de speurtocht naar donkere materie

Credit: Deselect/Pixabay.

Theoretisch natuurkundigen van Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) zijn onlangs gekomen met een theorie die verder gaat dan het Standaard Model van de elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen, een theorie waarmee het mogelijk is meer te weten te komen over donkere materie. Het idee van Matthias Neubert en z’n team is dat er naast de bekende vier dimensies (drie van ruimte en eentje van tijd) nog een vijfde dimensie is, een ‘gecompactificeerde’ dimensie zoals dat heet, een dimensie die zeer klein is en niet merkbaar voor het menselijk oog. Over extra dimensies buiten de vier bekende dimensies wordt al sinds de jaren twintig van de vorige eeuw gespeculeerd, toen Theodor Kaluza en Oskar Klein daar als eerste mee aan kwamen. Neubert’s groep had eerder al ontdekt dat het vijf-dimensionale model het bestaan voorspelt van een zeer zwaar deeltje, dat qua eigenschappen zou lijken op het Higgs boson.

Jawel, daar is ‘ie, de fifth dimension. Oh wacht…. Credit: Soul City Records/Wikipedia.

Probleem was echter dat het nieuwe deeltje zo zwaar is dat het nooit en te nimmer te detecteren zou zijn, zelfs niet met een opgewaardeerde Large Hadron Collider (LHC). Dus ja, wat heb je aan een theorie als die niet te toetsen valt? Maar daar lijkt nu een oplossing voor te zijn gevonden. In een recent artikel, gepubliceerd in de European Physical Journal C, schrijven ze dat het nieuwe deeltje zorgt voor een nieuwe kracht tussen de bekende, ‘normale’ elementaire deeltjes en de donkere materie. En die kracht is wel degelijk meetbaar, aldus de onderzoekers.

After years of searching for possible confirmations of our theoretical predictions, we are now confident that the mechanism we have discovered would make dark matter accessible to forthcoming experiments, because the properties of the new interaction between ordinary matter and dark matter – which is mediated by our proposed particle – can be calculated accurately within our theory.” – Prof. Dr. Matthias Neubert.

De theorie van Neubert’s groep zou ook verklaren waarom de ‘hiërarchie’ van de massa van de bekende elementaire deeltjes is zoals ‘ie is, dus waarom het Higgs boson bijvoorbeeld slechts 125 GeV in massa is en niet veel zwaarder, zoals het volgens berekeningen zou moeten zijn. Bron: JGU.

Het duurt nog minstens 100.000 jaar voordat Betelgeuze als supernova ontploft

De lichtcurve van Betgelgeuze de laatste jaren. Boven: opnames van het oppervlak van Betelgeuze. Credit: ESO/M. Montargès et al.

Een jaar geleden maakte Betelgeuze (α Ori), de rode reus in het sterrenbeeld Orion, een sterke dip mee in z’n lichtsterkte (zie de afbeelding hierboven). Direct waren er speculaties of dit gedrag misschien te maken heeft met een aanstaande explosie van Betelgeuze als supernova, hetgeen een spectaculair gezicht zou geven als dit zou gebeuren – Betelgeuze zou dan een tijdlang zo helder als de Volle Maan aan de hemel staan. Om te kijken wat de sterke afname in de lichtkracht van de reuzenster veroorzaakte heeft een internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van Meridith Joyce (Australian National University) Betelgeuze onderzocht. De conclusie van het team is dat Betelgeuze verkeert in de fase van vroege heliumverbranding in z’n kern, dat hij kleiner is en minder massa heeft dan eerst gedacht en dat hij dichter bij de aarde blijkt te staan. Met name die vaststelling dat Betelgeuze bezig is aan een vroege kern-heliumverbranding betekent dat ‘ie nog minstens 100.000 jaar verwijderd is van een explosie als supernova. Dus alle speculaties vorig jaar zaten er flink naast, we moeten nog flink geduld hebben. Dát Betelgeuze periodiek in lichtkracht veranderd was al lang bekend. Door het zogeheten kappa-mechanisme, waarbij de ster voortdurend afwisselend krimpt en uitzet, heeft Beteleuze twee door elkaar lopende periodes van veranderlijkheid, de een 185 dagen lang, de ander 400 dagen lang.

Variaties in de lichtkracht van Betelgeuze afgelopen 15 jaar. Credit: L. Molnár, AAVSO, UCSD/SMEI, NA-SA/STEREO/HI)

Die pulsaties kunnen de grote dip van begin 2020 echter niet verklaren. Het team denk dat een grote stofwolk die dip heeft veroorzaakt, iets wat eerder ook al is gesuggereerd en zoals ook blijkt uit de foto die eind 2019 van Betelgeuze is gemaakt (zie afbeelding bovenaan). De massa van Betelgeuze blijkt tussen 16,5 en 19 zonsmassa te liggen, iets minder dan eerdere schattingen. Ook blijkt de ster iets kleiner te zijn: eerst dacht men dat als Betelgeuze op de plaats van de zon zou staan hij tot voorbij de baan van Jupiter zou reiken. Nu denkt men dat z’n straal 2/3e van die eerdere schatting is – altijd nog 750 keer zo groot als de zon. Tenslotte blijkt Betelgeuze op 530 lichtjaar te staan, da’s 25% minder ver dan men eerst dacht. En het is altijd nog een veilige afstand: áls Betelgeuze over pakweg 100.000 jaar eindelijk explodeert als type II supernova, hoeven onze nakomelingen niet te vrezen voor hun leven, áls ze er nog zijn. Hier het vakartikel over het onderzoek aan Betelgeuze, verschenen in The Astrophysical Journal. Bron: IPMU.

MESSENGER ‘zag’ meteoriet inslaan op Mercurius

Credit: Jacek Zmarz

Het inslaan van meteorieten op de maan hebben we al heel vaak gezien, onlangs zelfs drie inslagen kort na elkaar. Maar nu blijkt dat NASA’s MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) er ook eentje zag inslaan en wel op de planeet Mercurius. Het gebeurde op 21 december 2013, dus ruim acht jaar geleden, maar het is nu pas naar voren gekomen na onderzoek van de gearchiveerde gegevens van MESSENGER. Uit die gegevens blijkt dat MESSENGER’s Fast Imaging Plasma Spectrometer (FIPS) die dag een grote hoeveelheid natrium en silicium ionen, deel uitmakend van de stroom deeltjes van de zonnewind. Jamie Jasinski (Jet Propulsion Laboratory) en z’n team konden traceren dat al die deeltjes een zelfde snelheid hadden en dezelfde kant uitgingen. Duidelijk was dat ze niet afkomstig waren van de zon, maar dat ze van Mercurius afkomstig waren.

Het oppervlak van Mercurius is bezaaid met inslagkraters van meteorieten. Credit: NASA/Johns Hopkins APL/Carnegie Institution of Washington

Er moet die dag een pluim vanaf het oppervlak van Mercurius zijn opgestegen, die reikte tot ruim 5000 km hoogte en die bestond uit natrium en silicium. Die deeltjes waren in eerste instantie electrisch neutraal, maar toen ze in de ruimte in reactie kwamen met de fotonen van de zon werden het ionen, electrisch geladen deeltjes. Men denkt dat die pluim het gevolg was van de inslag van een meteoriet op Mercurius. Heel groot moet die niet zijn geweest (slechts 90 cm doorsnede naar schatting), maar omdat Mercurius slechts een zeer ijle exosfeer heeft kon die pluim ongehinderd zulke hoogten bereiken. Bron: Phys.org.

Starship SN9 Aftermath

Helaas, Elon Musk zal zich wel verbijten maar van het Starship prototype SN9 is gisteren, 2 februari, weinig overgebleven. Om 20:25 NL’se tijd steeg de roestvrijstalen 50 meter hoge kolos op vanaf Boca Chica, en net als bij de SN8 was de vlucht zelf succesvol maar bij de terugkeer ging het mis. Na heroriëntatie op het hoogste punt in de vlucht, op zo’n 10 km, had een gecontroleerde äerodynamische afdaling met bodyflaps moeten gebeuren, maar tijdens de deze complexe flopmanoeuvre verloor het Starship een van de drie Raptor-motoren, met als resultaat dat de SN9 zijwaarts binnenkwam en hard de grond raakte. En zo eindigde deze vlucht eender als bij de SN8, in een grote vuurbal. Vanuit technisch oogpunt was Starship SN9 vorige week klaar om haar ‘hop’ in Zuid-Texas te maken, maar had de FAA geen toestemming verleend. Zeer laat in de avond op maandag 1 februari werd alsnog goedkeuring verkregen terwijl SpaceX voorbereidingen trof voor de evacuatie van de bevolking van het lokale gebied.  Gelukkig werd geen schade geleden aan de SN10 of de Tank Farm, en gaat men door met de voorbereidingen voor de SN10 die mogelijk later deze maand gelanceerd gaat worden. Lees verder

Hint gevonden van stof op grens tussen vloeistof en gas op exoplaneet WASP-31b

Artistieke weergave van een hete exoplaneet die dicht om zijn ster draait. (c) ESA/ATG medialab [CC BY-SA 3.0 IGO]

Een van de eigenschappen die een planeet geschikt maakt voor leven is de aanwezigheid van een weersysteem. Exoplaneten staan te ver weg om zoiets te zien, maar astronomen kunnen wel zoeken naar stoffen in de atmosfeer die een weersysteem mogelijk maken. Onderzoekers van SRON en de RUG hebben nu op exoplaneet WASP-31b een indicatie gevonden voor chroomhydride, dat bij de betreffende temperatuur en druk op de grens zit tussen vloeistof en gas. Publicatie in Astronomy & Astrophysics op 3 februari.

Terwijl ruimtesondes de planeten en manen rond onze zon afspeuren naar buitenaards leven, zijn er in ons melkwegstelsel nog eens honderden miljarden andere sterren waarvan het merendeel waarschijnlijk ook omringd is door planeten. Die zogenoemde exoplaneten zijn te ver weg om naartoe te reizen, maar we kunnen ze wel bestuderen met onze telescopen. Hoewel de ruimtelijke resolutie meestal onvoldoende is om een exoplaneet in beeld te brengen, kunnen astronomen alsnog veel informatie halen uit de vingerafdrukken die hun atmosfeer achterlaat in het licht van de moederster.

Sterrenkundigen leiden uit die vingerafdrukken (zogeheten transmissiespectra) af welke stoffen er in de atmosfeer van een exoplaneet zitten. Die zouden ooit een aanwijzing voor buitenaards leven kunnen geven. Of ze kunnen aantonen dat er een voorwaarde voor leven aanwezig is, zoals een weersysteem. Vooralsnog is dit soort onderzoek echter beperkt tot reuzenplaneten die dichtbij hun ster staan, zogenaamde hete Jupiters. Deze planeten zijn te heet om leven te verwachten, maar kunnen ons al veel leren over de werking van mogelijke weersystemen. Een onderzoeksteam van SRON Netherlands Institute for Space Research en Rijksuniversiteit Groningen heeft nu een hint gevonden van een stof die op het randje zit tussen vloeistof en gas. Op aarde doet dat denken aan wolken en regen.

Impressie van WASP-31b. Credit: ESA/Hubble & NASA

Eerste auteur Marrick Braam en zijn collega’s vonden via Hubble-data indicaties van chroomhydride (CrH) in de atmosfeer van exoplaneet WASP-31b. Dat is een hete reuzenplaneet met een temperatuur van ongeveer 1.200 °C in de schemerzone tussen dag en nacht, de plek waar het sterlicht door de atmosfeer naar de aarde vliegt. En dat is toevallig rond de temperatuur waarop chroomhydride overgaat van vloeibaar naar gas bij de betreffende druk in de buitenlagen van de planeet, vergelijkbaar met de omstandigheden voor water op aarde. “Chroomhydride kan een rol spelen in een mogelijk weersysteem op deze planeet, met wolken en regen,” zegt Braam.

Het is de eerste keer dat chroomhydride wordt gevonden op een hete Jupiter, dus bij de juiste druk en temperatuur voor zo’n weersysteem. Braam: “We moeten er wel bij aantekenen dat we alleen met ruimtetelescoop Hubble chroomhydride vonden. We zagen het niet in de data van de grondtelescoop VLT. Daar zijn logische verklaringen voor, maar we spreken daarom van een indicatie in plaats van een bewijs.”

Als de opvolger van de Hubble Space Telescope, de James Webb Space Telescope (JWST), later dit jaar is gelanceerd, wil het team daarmee verder onderzoek doen. “Hete Jupiters, en dus ook WASP-31b, staan altijd met dezelfde kant richting hun moederster,” zegt co-auteur en SRON-programmaleider Exoplaneten Michiel Min. “We verwachten daarom een dagzijde met chroomhydride in gasvorm en een nachtzijde met vloeibare chroomhydride. Volgens theoretische modellen zorgt het grote temperatuurverschil voor sterke winden. Dat willen we gaan bevestigen met observaties.”

Floris van der Tak (SRON/RUG), eveneens co-auteur: “Met JWST gaan we op zoek naar chroomhydride op tien planeten met verschillende temperaturen, om beter te begrijpen hoe de weersystemen op die planeten van de temperatuur afhangen.” Bron: SRON.