17 juni 2021

Ultra-gevoelige radiobeelden tonen duizenden sterrenvormende stelsels in het vroege heelal

Bijgaande afbeelding toont de ‘diepste’ LOFAR-opname die ooit is gemaakt. Hij bestrijkt het hemelgebied ‘Elais-N1’ – een van de drie ‘velden’ die in het kader van deze diepe radiosurvey zijn onderzocht. Voor de opname is LOFAR herhaaldelijk en in totaal 164 uur op dit hemelgebied gericht. Meer dan 80.000 radiobronnen zijn daarbij gedetecteerd, waaronder enkele spectaculaire grootschalige emissies afkomstig van superzware zwarte gaten. De meeste bronnen zijn echter verre sterrenstelsels zoals de Melkweg, die bezig zijn om sterren te vormen. Credit: Philip Best & Jose Sabater, University of Edinburgh.

 

Een internationaal team van astronomen heeft de meest gevoelige beelden van het heelal gepubliceerd die ooit op lage radiofrequenties zijn verkregen. Ze zijn gemaakt met de international Low Frequency Array (LOFAR). Door dezelfde hemelgebieden steeds opnieuw waar te nemen, en de verzamelde data tot één zeer lang belichte opname te combineren, heeft het team in tienduizenden sterrenstelsels tot in de verste uithoeken van het heelal de zwakke radiogloed gedetecteerd van sterren die als supernova’s exploderen. Aan de veertien artikelen die deze beelden beschrijven en de eerste wetenschappelijke resultaten die ze hebben opgeleverd is een speciale uitgave van het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics gewijd.

Kosmische stervorming

Philip Best, Universiteit van Edinburgh (VK), die leidinggaf aan deze deep survey (hemelverkenning), legt uit: ‘Wanneer we met een radiotelescoop naar de hemel kijken, zijn de helderste objecten die we zien de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels. Maar onze opnamen zijn zo gevoelig dat de meeste vastgelegde objecten sterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg zijn. Deze stelsels zenden zwakke radiogolven uit die hun oorsprong vinden in het gestage stervormingsproces dat zich binnen hen afspeelt.’

‘Dankzij de combinatie van de hoge gevoeligheid van LOFAR en het grote hemelgebied dat onze survey bestrijkt – 300 keer de grootte van de volle maan – hebben we tienduizenden sterrenstelsels als onze Melkweg kunnen detecteren, tot ver in het heelal. Het licht van deze sterrenstelsels heeft er miljarden jaren over gedaan om de aarde te bereiken. Dat betekent dat we deze stelsels zien zoals ze er miljarden jaren geleden uitzagen, toen ze hun meeste sterren aan het vormen waren.’

Isabella Prandoni, INAF Bologna (Italië), voegt daaraantoe: ‘Stervorming vindt gewoonlijk plaats in wolken van gas en stof die het zicht belemmeren als we er door een optische telescoop naar kijken. Maar radiogolven gaan door dat stof heen, dus met LOFAR kunnen we een compleet beeld van de stervorming in de verre stelsels verkrijgen.’ De diepe LOFAR-opnamen hebben geresulteerd in een nieuwe relatie tussen de radio-emissies van sterrenstelsels en het tempo waarin deze sterren produceren, en in nauwkeurigere metingen van de aantallen nieuwe sterren die in het jonge heelal werden gevormd.

Exotische objecten

De rijke dataset heeft een breed scala aan aanvullende wetenschappelijke onderzoeken mogelijk gemaakt, variërend van de aard van de spectaculaire ‘jets’ van radio-emissie die door kolossale zwarte gaten worden geproduceerd tot de radio-emissies die ontstaan bij botsingen tussen enorme clusters van sterrenstelsels. Dat heeft ook onverwachte resultaten opgeleverd. Door achtereenvolgende waarnemingen met elkaar te vergelijken, hebben de onderzoekers bijvoorbeeld naar objecten gezocht die in ‘radio-helderheid’ variëren. Dit heeft geresulteerd in de detectie van de rode dwergster CR Draconis. Joe Callingham, Universiteit Leiden en ASTRON, merkte op dat ‘CR Draconis radio-uitbarstingen vertoont die sterke overeenkomsten vertonen met die van Jupiter, en mogelijk worden veroorzaakt door de interactie tussen de extreem snel ronddraaiende ster en een niet eerder opgemerkte planeet.’

Enorme hoeveelheden data

LOFAR produceert geen directe afbeeldingen van de hemel: de meer dan 70.000 antennes registreren signalen die vervolgens met elkaar moeten worden gecombineerd. Bij het vastleggen van de nieuwe beelden is meer dan 4 petabyte aan ruwe data verzameld en verwerkt – het equivalent van ongeveer een miljoen dvd’s. ‘De diepe radiobeelden van ons heelal zitten diep verscholen in de enorme berg aan gegevens die LOFAR heeft verzameld,’ zegt Cyril Tasse, Sterrenwacht Parijs, Universiteit PSL (Frankrijk). ‘Recente rekenkundige ontwikkelingen hebben het mogelijk gemaakt om deze waarnemingen met behulp van grote clusters van computers aan de data te onttrekken.’

Vergelijking met andere golflengten

Even belangrijk bij het extraheren van de wetenschappelijke data was de vergelijking van de radiobeelden met gegevens die op andere golflengten zijn verkregen. ‘De door ons gekozen hemelgebieden zijn de best onderzochte van de noordelijke hemel’, legt Philip Best uit. Hierdoor kon het team ook optische, nabij-infrarode, ver-infrarode en sub-millimeter-gegevens over de door LOFAR ontdekte sterrenstelsels verzamelen. Dat was cruciaal voor de interpretatie van de LOFAR-resultaten.

LOFAR

LOFAR is de belangrijkste telescoop in zijn soort ter wereld. Hij wordt beheerd door ASTRON, het Nederlands Instituut voor Radioastronomie, en gecoördineerd door een samenwerkingsverband van negen Europese landen: Duitsland, Frankrijk, Ierland, Italië, Letland, Nederland, Polen, het Verenigd Koninkrijk en Zweden. In zijn ‘hoge band’-configuratie doet LOFAR waarnemingen op frequenties rond de 150 MHz – tussen de radiobanden van FM en DAB. ‘LOFAR heeft het unieke vermogen om hemelopnamen van hoge kwaliteit te maken op metergolflengten’, zegt Huub Röttgering, Universiteit Leiden, die de leiding heeft over de hele reeks LOFAR-surveys. ‘Deze diepe opnamen zijn een bewijs van de mogelijkheden en een rijke bron van informatie voor toekomstige ontdekkingen. Bron: ASTRON.

Speak Your Mind

*

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