Verste quasar met krachtige radiojets ontdekt

Artistieke impressie van quasar P172+18. Credit: ESO/M. Kornmesser.

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) hebben astronomen de verst bekende bron van radiostraling ontdekt en onderzocht. Het gaat om een ‘radio-luide’ quasar – een helder object met krachtige jets dat straling op radiogolflengten uitzendt – die zo ver weg is dat zijn licht er 13 miljard over heeft gedaan om ons te bereiken. De ontdekking kan belangrijke aanwijzingen opleveren die astronomen meer inzicht geven in het vroege heelal.

Quasars zijn zeer heldere objecten die zich in de centra van sommige sterrenstelsels bevinden en worden aangedreven door superzware zwarte gaten. Als zo’n zwart gat gas uit de omgeving opslokt, komt energie vrij, waardoor het object tot op zeer grote afstand waarneembaar is.

De nu ontdekte quasar, met de bijnaam P172+18, is zo ver weg dat zijn licht er ongeveer 13 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. We zien hem dus zoals hij was toen het heelal nog maar ongeveer 780 miljoen jaar oud was. Hoewel er nóg verdere quasars bekend zijn, is het voor het eerst dat astronomen erin zijn geslaagd om de karakteristieke signaturen van radiojets bij zo’n vroege quasar te herkennen. Slechts ongeveer tien procent van alle quasars – die astronomen als ‘radio-luid’ aanmerken – heeft jets die helder stralen op radiofrequenties [1]Radiogolven hebben frequenties tussen 30 Hz en 300 GHz..

P172+18 wordt aangedreven door een zwart gat dat ongeveer 300 miljoen keer zoveel massa heeft als onze zon en in verbluffend tempo gas opslokt. ‘Het zwarte gat is enorm gulzig: zijn massatoename behoort tot de grootste die ooit zijn waargenomen’, aldus astronoom Chiara Mazzucchelli, staflid bij ESO in Chili, die samen met Eduardo Bañados van het Max-Planck-Institut für Astronomie in Duitsland, leiding gaf aan het onderzoek dat tot de ontdekking heeft geleid.

Groothoekopname van het hemelgebied rond quasar P172+18. Credit:
ESO and Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin.

De astronomen denken dat er een verband bestaat tussen de snelle groei van superzware zwarte gaten en de krachtige radiojets zoals die bij quasars als P172+18 worden waargenomen. Vermoed wordt dat de jets in staat zijn om het gas in de omgeving van het zwarte gat te verstoren, waardoor dit in verhoogd tempo gas aangevoerd krijgt. Daarom kan het onderzoek van radio-luide quasars belangrijke inzichten opleveren over hoe zwarte gaten in het vroege heelal zo snel na de oerknal superzware massa’s hebben kunnen bereiken.

‘Ik vind het heel spannend om voor het eerst ‘nieuwe’ zwarte gaten te ontdekken, en een extra steentje te kunnen bijdragen aan ons begrip van het vroege heelal – waar uiteindelijk ook onze eigen oorsprong ligt,’ zegt Mazzucchelli.

Bañados en Mazzucchelli waren de eersten die, met behulp van de Magellan-telescoop van de Las Campanas-sterrenwacht in Chili, P172+18 als een verre quasar herkenden. ‘Toen we de data binnenkregen en op het oog inspecteerden, zagen we direct dat we de tot nu toe verste radio-luide quasar hadden opgespoord,’ aldus Bañados.

Vanwege de korte observatietijd had het team echter niet genoeg data om het object in detail te onderzoeken. Een reeks van waarnemingen met andere telescopen, onder meer met het X-shooter-instrument van ESO’s Very Large Telescope, stelde de astronomen in staat om dieper in de eigenschappen van de quasar te duiken en belangrijke eigenschappen te bepalen zoals de massa van het zwarte gat en de snelheid waarmee dit materie uit zijn omgeving opslokt. Ook de Very Large Array van de National Radio Astronomy Observatory en de Keck-telescoop, beide in de VS, hebben aan het onderzoek bijgedragen.

Hoewel het team uitgelaten is over hun ontdekking, die in The Astrophysical Journal wordt gepubliceerd, vermoeden de astronomen dat deze radio-luide quasar slechts het topje van de ijsberg is en dat er nog meer zullen worden ontdekt – misschien zelfs op nog grotere afstanden. ‘Deze ontdekking stemt me optimistisch, en ik denk – en hoop – dat dit afstandsrecord snel gebroken wordt,’ zegt Bañados.

Waarnemingen met faciliteiten zoals ALMA, waarin ESO partner is, en met ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope (ELT) kunnen helpen om meer van deze objecten in het vroege heelal te ontdekken en in detail te bestuderen. Bron: ESO.

References[+]

References
1 Radiogolven hebben frequenties tussen 30 Hz en 300 GHz.

Komeet Catalina laat zien dat rotsachtige planeten koolstof krijgen van kometen

Foto in valse kleuren van komeet 2013 US10 (Catalina). Credit: M.S.P. Kelley (University of Maryland)/S. Protopapa (Southwest Research Institute)/Lowell Discovery Telescope.

Onderzoek met behulp van NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) aan komeet Catalina, die begin 2016 kort zichtbaar was in het sterrenbeeld Grote Beer, laat zien dat rotsachtige planeten, zoals de aarde en Mars, hun koolstof gekregen hebben van kometen. In de oerwolk waaruit deze planeten 4,5 miljard jaar geleden ontstonden zat al koolstof – één van de belangrijke ingrediënten om leven te laten ontstaan – maar de planeten waren in de begintijd zo heet dat al dat koolstof de ruimte in verdween. Grote vraag is dus hoe ze later toch weer aan hun koolstof kwamen. In de koelere buitenregionen van het zonnestelsel was genoeg koolstof, maar hoe bereikte dat de rotsachtige planeten in het binnenste deel van het zonnestelsel?

Impressie van een komeetkern vanuit de Oortwolk die in de buurt van de aarde komt. Credit: NASA/SOFIA/ Lynette Cook.

Jupiter wierp feitelijk een gravitationele blokkade op voor die toevoer van koolstof, maar men denkt dat een kleine baanwijziging van Jupiter er op een gegeven moment toch voor zorgde dat koolstofrijke kometen uit de Oortwolk rondom het zonnestelsel af en toe naar het binnendeel van het zonnestelsel konden gaan, waar ze konden inslaan op de planeten zoals de aarde en Mars. En dat zorgde er voor dat de vooraad koolstof weer groeide, hetgeen later op aarde als basis diende voor het ontstaan van leven. Met de telescoop aan boord van SOFIA, da’s een grote Boeing van de NASA die tot vliegend observatorium is omgebouwd, konden sterrenkundigen onder leiding van Charles “Chick” Woodward (Universiteit van Minnesota) in 2016 in de staart van komeet Catalina koolstof onderscheiden. En dat bracht hen tot het inzicht dat kometen zoals Catalina ooit dat koolstof naar de aarde moeten hebben gebracht. Bron: NASA.

Marsrover Perseverance heeft de eerste meters erop zitten

De zichtbare bandensporen van het eerste ritje van Perseverance. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Afgelopen donderdag (4 maart) heeft Marsrover Perseverance z’n eerste meters afgelegd. Twee weken na de landing in de Jezero krater ging Perseverance met z’n zes wielen eerst in z’n eerste versnelling 4 meter naar voren, vervolgens maakte hij een bocht van 150 graden naar links en tenslotte ging hij 2,5 meter in z’n achteruit. Alles bij elkaar duurde het korte ritje, dat bedoeld was als test, slechts 33 minuten. Volgens NASA ging alles uitstekend bij de testrit. Uiteindelijk na al het testen moet Perseverance in staat zijn om per dag afstanden van 200 meter af te leggen. De landingsplek van Perseverance heeft overigens een officiële naam gekregen: Octavia E. Butler, genoemd naar de in 2006 overleden Science Fiction schrijfster, die vlakbij het JPL in Pasadena opgroeide. Bron: NASA.

Hubble lost mysterie op van de verzwakking van monsterster VY Canis Majoris

Links en midden waarnemingen aan VY Can met Hubble gedaan, rechts een impressie van de ster. Credits: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota), and J. Olmsted (STScI)

Dat VY Canis Majoris de grootste ster is die we kennen is al een poosje bekend – VY Can (z’n korte naam) is een rode hyperreus in het sterrenbeeld Grote Hond (Canis Major), waarbij vergeleken zelfs de rode superreus Betelgeuze klein afsteekt. Hij heeft een diameter van naar schatting enkele honderden miljoenen kilometers (zou de ster op de plaats van de zon staan dat zou ‘ie tot ergens tussen de banen van Jupiter en Saturnus reiken) en z’n lichtsterkte is ongeveer 300.000 keer zo sterk als die van de zon. “VY Canis Majoris is behaving a lot like Betelgeuse on steroids”, zoals sterrenkundige Roberta Humphreys (University of Minnesota, Minneapolis) het zegt. En die vergelijking met Betelgeuze gaat nog verder, zo blijkt uit recente studies met de Hubble ruimtetelescoop, want net als Betelgeuze vertoont VY Can af en toe verzwakkingen van zijn lichtkracht. Die verzwakkingen kunnen soms jaren duren en net als bij Betelgeuze blijkt de oorzaak bij VY Can te zijn dat ‘ie voorafgaand aan de periodes van verzwakkingen sterke uitstroom van gassen kent, die er voor zorgen dat er grote stofwolken rondom de ster ontstaan, die vervolgens het licht gedeeltelijk blokkeren.

Hubblefoto van de grote gaswolken om VY Can heen. Credits: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota)

Verschil tussen Betelgeuze en VY Can is dat het bij de laatste op veel grotere schaal gebeurt. Waarnemingen laten zien dat de hyperreus omgeven wordt door grote plasmabogen van gas, die al zo ver van de ster afstaan dat ze vermoedelijk niet meer via de zwaartekracht met de ster verbonden zijn, maar wegschieten. Sommige van die enorme bogen zijn vermoedelijk tussen de 100 en 200 jaar oud. Veel dichterbij VY Can vonden Humphreys en haar team ook aanwijzingen voor uitbarstingen van de ster, die veel recenter waren en die gelinkt konden worden aan eerdere periodes van verzwakking in de 19e en 20e eeuw, toen VY Can nog maar 1/6e van z’n normale lichtsterkte had. De hoeveelheid massa die VY Can middels z’n sterke sterrenwind uitspuugt is enorm: honderd keer zo sterk als die van Betelgeuze. Soms gaat het in proporties van wel twee Jupitermassa tegelijk, die de ster dan uitspuugt.

De positie van VY Can in het sterrenbeeld Grote Hond. De ster is niet met het blote oog zichtbaar. Credits: NASA, ESA, and J. DePasquale (STScI) Acknowledgment: A. Fujii

Voordat VY Can een rode hyperreus was moet het een blauwe superreus zijn geweest, die een massa had tussen 35 en 40 keer die van de zon. Toen na enkele miljoenen jaren de waterstofverbranding in z’n kern stopte moet hij opgezwollen zijn tot een rode superreus en daarna tot een ‘second-stage red supergiant’. Van Betelgeuze denken de sterrenkundigen dat ‘ie over zo’n 100.000 jaar als supernova zal exploderen. VY Can zal dat vermoedelijk niet doen: die is zo zwaar dat hij meteen instort tot zwart gat, na eerst als z’n buitenlagen gaandeweg te hebben weggeblazen. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan VY Can, op 4 februari verschenen in the Astronomical Journal. Bron: NASA.

De precieze lokatie waar energierijke deeltjes van de zon vandaan komen is bekend

Coronale lussen gefotografeerd door TRACE. Credit: NASA

Dat de zon bij grote uitbarstingen grote hoeveelheden energierijke deeltjes de ruimte in kan spugen, die na enkele dagen of soms zelfs uren de aarde kunnen bereiken en schade aanrichten is bekend. Niet bekend was wat nou de precieze lokatie is waar die deeltjes vandaan komen, waar hun bron gelegen is. Onderzoek door David Brooks (George Mason University in Virginia (VS)) en Stephanie Yardley (University College London (VK)) laat nu wel die lokatie zien. Het tweetal dook in de gegevens die verzameld zijn met de WIND satelliet van de NASA, die ergens op een punt tussen de aarde en de zon de zon waarneemt. In januari 2014 was er een erg actieve regio op de zon, AR 11944 genaamd, die door WIND werd waargenomen. Op aarde was AR 11944 zichtbaar als een grote zonnevlek.

De zonnevlekkengroep van AR 11944. Credit: meteomauritius.

Die gegevens zijn door Brooks en Yardley vergeleken met de gegevens die met de EUV Imaging Spectrometer aan boord van de Japanse Hinode satelliet van dezelfde storm van AR 11944 zijn gemaakt en daaruit konden ze een goed beeld krijgen van waar de deeltjes exact vandaan kwamen. Dat blijkt het grensgebied te zijn tussen de corona en de chromosfeer van de zon, nee nog preciezer: ze komen vanuit de ‘voetpunten’ van de zogeheten coronale lussen – enorme lussen van magnetische velden, die zich tot ver in de loeihete corona van de zon uitstrekken (zie de afbeelding hieronder voor de opbouw van de atmosfeer van de zon, de afbeelding bovenaan laat enkele van die coronale lussen zien).

Credit: ESA

Hoe ze dat weten? Brooks en Yardley zagen dat de chemische samenstelling van de door WIND waargenomen energierijke deeltjes van de zon ook dezelfde verhouding van zwavel en silicium hadden als van het plasma dat zich bevindt op de grens van chromosfeer en corona. Het magnetisch veld in die voetpunten is erg sterk – naar schatting tussen 245 en 550 Gauss – en dat is sterk genoeg om het plasma daar vast te houden. Pas als er grote zonnevlammen of coronal mass ejections (CME’s) vanaf het zonsoppervlak zijn kan het plasma bij de voetpunten ontsnappen en de ruimte in schieten. Hier het vakartikel over het onderzoek aan de exacte lokatie waar de energierijke deeltjes van de zon vandaan komen, verschenen in Science Advances. Bron: Eurekalert.

Nieuw type donkere energie zou de Hubble spanning op kunnen lossen

Credit: Pexels/Pixabay.

Dat het heelal uitdijt weten we sinds de waarnemingen van Edwin Hubble eind jaren twintig van de vorige eeuw, dat het versneld uitdijt weten we sinds 1998, toen twee onafhankelijke teams met behulp van type Ia supernovae de versnelde uitdijing ontdekten, dat er voor de  snelheid van die uitdijing twee sterk verschillende waardebepalingen zijn weten we sinds 2016. Dat laatste is een groot probleem volgens sterrenkundigen, omdat niet bekend is waar de Hubble-spanning, zoals het ook wel wordt genoemd, door ontstaat: is het een instrumenteel probleem, waarbij één van de waardebepalingen van de expansiesnelheid verkeerd gemeten is, of is het een fysiek probleem, waarbij er sprake is van natuurkundige effecten, die niet te vangen zijn met de bekende modellen? Martin S. Sloth en Florian Niedermannn, twee natuurkundigen van de Universiteit van Zuid-Denemarken denken dat het laatste het geval is, dat er sprake moet zijn van Nieuwe Natuurkunde om de Hubble-spanning op te lossen. In dit artikel, vorige maand verschenen in the Physical Review D, opperen ze het bestaan van een nieuw type donkere energie, eentje die voorkwam in het vroege heelal. Donkere energie, die een afstotende werking heeft, werd in 1998 geïntroduceerd als verklaring voor de versnelde uitdijing van het heelal. New Early Dark Energy (NEDE), zoals Sloth en Niedermannn het noemen, zou de verklaring van de twee uiteenlopende waardebepalingen van de Hubble constante kunnen zijn, de constante die een maat is voor de expansiesnelheid van het heelal. NEDE zou in het vroege heelal voorkomen en zou in een andere fase verkeren dan de donkere energie zoals wij die kennen. Op een gegeven moment zou NEDE door de uitdijing van het heelal en de daling van de energiedichtheid een faseovergang meemaken, een overgang die vergelijkbaar is als bijvoorbeeld water overgaat in ijs. In groeiende bellen zou NEDE in het vroege heelal over zijn gegaan in ‘gewone’ donkere energie. De berekeningen van Sloth en Niedermannn laten zien dat met NEDE de waardebepaling van de Hubble constante met behulp van de kosmische microgolf-achtergrondstraling én de waardebepaling met behulp van Cepheïden en type Ia supernovae allebei passen in het model. Daarmee zou de Hubble-spanning dan verklaard zijn!  Bron: Phys.org.

Livestream lancering Starship SN10 van SpaceX [update]

[Om 00:15, 4 maart, heeft de SN10 een succesvolle testvlucht + landing gemaakt. De SN10 bereikte een hoogte van 10 km, de vlucht duurde 6 min. en 20 seconden en had een heuse ‘soft’ touchdown. Helaas explodeerde de SN10 kort hierna.}There we go again! Vandaag, in de loop van deze woensdag de derde maart zal SpaceX een high-altitude testvlucht maken met Starship SN10. Het lanceervenster loopt van 16:00 tot vannacht 1:00. Dit is even onder voorbehoud, SpaceX meldt 3 maart maar een exact tijdstip is nog niet aangekondigd, ook is hun eigen webcast nog niet getoond. De SN10-vlucht is de derde suborbitale testvlucht en wordt uitgevoerd vanaf Boca Chica, Cameron County, Texas. SpaceX stelde zich met de SN10 ten doel om 10 km hoogte bereiken. Net als bij de vorige testvluchten zal ook de SN10 aangedreven worden door drie Raptor-motoren. Deze raketmotoren worden achtereenvolgens uitgeschakeld voordat het voertuig het hoogste punt van de vlucht bereikt, bij deze dus 10 km. Na heroriëntatie op het hoogste punt in de vlucht moet een gecontroleerde äerodynamische afdaling met bodyflaps gebeuren. De afdaling, wordt gedaan m.b.v. de onafhankelijke beweging van de bodyflaps, welke alle vier worden bediend door een boordcomputer om de houding van Starship tijdens de vlucht te regelen en een nauwkeurige landing op de beoogde locatie mogelijk te maken. De Raptor-motoren van de SN10 ontsteken opnieuw zodra het voertuig een landing-flip-manoeuvre uitvoert onmiddellijk voor de landing op het landingsplatform. Lees verder

Japanse zakenman zoekt acht medereizigers voor flyby langs de maan

Yusaku Maezawa is een Japanse miljardair die in 2018 door Elon Musk werd voorgesteld voor de eerste reis naar de maan van SpaceX. Voor deze flyby om de maan gaat Maezawa nu acht tickets weggeven, zo kondigde Maezawa een dag geleden aan. Yusaku Maezawa, die zijn fortuin verdiende met de onlineverkoop van kleding, zegt in een video, zie onder dit artikel, dat enthousiaste kandidaten aan maar twee voorwaarden hoeven te voldoen: ‘grenzen willen opzoeken’ en de rest van de bemanning willen helpen hetzelfde te doen. Aanvankelijk wilde Maezawa zes tot acht kunstenaars mee nemen op de flyby langs de maan die naar verwachting plaatsvindt in 2023, maar recent werd bekend dat hij de criteria voor zijn medepassagiers heeft verruimd. De 45-jarige miljardair zei dat hij heeft ingezien dat ‘iedereen die iets creatiefs doet een kunstenaar genoemd kan worden.’ Lees verder

Voor ’t eerst is een ruimteorkaan in de hogere atmosfeer van de aarde waargenomen

Credit Qing-He Zhang, Shandong University

Een internationaal team van onderzoekers heeft voor het eerst een ‘ruimteorkaan’ (Engels: Space Hurricane) waargenomen in de hogere delen van de aardse atmosfeer. De orkaan vond in augustus 2014 plaats enkele honderden kilometers boven de Noordpool. Bij gewone orkanen regent het water in enorme hoeveelheden, in het geval van de ruimteorkaan regende het een plasma van elektronen. Dat de ruimteorkaan nu pas wordt ontdekt, ruim zes jaar na dato, komt omdat de onderzoekers (o.a. van de Universiteiten van Reading in het VK en Shandong in China) aanwijzingen voor de orkaan vonden in de data van satellieten uit die tijd. Op basis van de waarnemingen van de vier DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) satellitieten kon men een driedimensionaal beeld maken van de ruimteorkaan, die een diameter had van zo’n 1000 km en die tegen de klok in draaide. De orkaan duurde ongeveer acht uur en hij vond plaats in de ionosfeer van de aarde. De orkaan had meerdere spiraalarmen. Men denkt dat ruimteorkanen ontstaan door het transport van grote hoeveelheden energie van de zonnewind en geladen deeltjes in de hogere delen van de aardse atmosfeer. Augustus 2014 was er geen grote activiteit van de zon, dus denkt men de ruimteorkanen vaker kunnen worden gezien.

Schematische voorstelling en model van de ruimteorkaan boven de Noodpool. Credit: Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21459-y

Hieronder een video met een simulatie van de aardse magnetosfeer, toen de ruimteorkaan plaatsvond. In de simulatie kijken we naar de Noordpool. De zonnestraling komt van rechts in de video, aan de onderkant kwam de zon op, aan de bovenkant ging ‘ie weer onder.

In Nature Communications verscheen dit artikel over de waarneming aan de ruimteorkaan. Bron: Phys.org.

Sterrenkundige Amina Helmi ontvangt Lodewijk Woltjer Lecture award

Portretfoto van sterrenkundige Amina Helmi. (c) Amina Helmi

De Lodewijk Woltjer Lecture award 2021 is toegekend aan de Nederlandse astronoom prof. dr. Amina Helmi (Rijksuniversiteit Groningen). Deze prijs wordt door de European Astronomical Society (EAS) uitgereikt aan wetenschappers die een uitzonderlijke prestatie op hun vakgebied hebben geleverd. De prijs houdt in dat Amina Helmi de Woltjer-lezing tijdens de jaarlijkse EAS-conferentie mag houden, die dit jaar van 28 juni t/m 2 juli opnieuw virtueel in Leiden plaatsvindt. Ook ontvangt zij een medaille.

Sterrenkundige archeologie

Amina Helmi mag de lezing, die vernoemd is naar de befaamde Nederlandse astronoom Lodewijk Woltjer (1930-2019), houden vanwege haar uitzonderlijke carrière in de sterrenkunde, in het bijzonder op het gebied van galactische archeologie: de reconstructie van de geschiedenis van sterrenstelsels aan de hand van de huidige posities, bewegingen en samenstelling van sterren. Als sterrenkundig archeoloog zoekt ze naar overblijfselen van oude sterrenstelsels om aan de hand hiervan de evolutie van onze Melkweg te reconstrueren.

Helmi is hoogleraar Dynamica, structuur en vorming van de Melkweg aan het Kapteyn Instituut van de Rijksuniversiteit Groningen, en adjunct-directeur van NOVA, de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie. In 2019 ontving ze de NWO-Spinozapremie, de hoogste wetenschappelijke onderscheiding in Nederland.

European Astronomical Society

De EAS, die de Lodewijk Woltjer Lecture in 2010 in het leven riep als eerbetoon aan Lodewijk Woltjer, promoot de astronomie in Europa en bevordert de samenwerking tussen Europese onderzoeksinstituten op dit gebied.

Lodewijk Woltjer

De sterrenkundige Lodewijk Woltjer studeerde aan de Universiteit Leiden onder de beroemde sterrenkundige Jan Oort. Hij was de langstzittende directeur van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), van 1975-1987. Onder zijn leiderschap brak er een nieuw tijdperk voor de ESO aan waarin grote sprongen werden gemaakt in de ontwikkeling van geavanceerde technologie voor (optische) telescopen, zoals voor ESO’s Very Large Telescope (VLT). In 1994 en 1997 was Woltjer president van de International Astronomical Union (IAU). Bron: Astronomie.nl.