Voor het eerst hebben ze iets gezien dat een schaduw werpt op de kosmische achtergrondstraling

HFLS3 heeft dat donkere vlekje in de CMB veroorzaakt. Credit: MPIA Graphics Department using data from ESA/Planck; inset: D. Riechers, Universität zu Köln

Met een serie aaneengeschakelde telescopen van IRAM NOEMA (‘Northern Extended Millimeter Array’) in de Franse Alpen zijn sterrenkundigen er voor het eerst in geslaagd om een object in het vroege heelal waar te nemen dat een schaduw werpt op de kosmische microgolf-achtergrondstraling. Die straling, in het Engels afgekort tot de CMB, is het restant van de hete oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond. De CMB zelf dateert van 380.000 jaar na de oerknal (dus ruwweg óók 13,8 miljard jaar geleden), toen de temperatuur van het heelal gedaald was tot 3000 K, de roodverschuiving z=1100 bedroeg en de fotonen van de CMB en de atomen (protonen, neutronen en elektronen) los van elkaar raakten ^[1]Juist doordat die protonen, neutronen en elektronen door de lagere temperatuur aan elkaar gingen kleven en neutrale atomen gingen vormen., het moment van het ‘laatste oppervlak van verstrooiing’.

Vanwege de lage temperatuur van het water in HFLS3 werpt dat een donkere schaduw op de achtergrond van de CMB (inzet links), wat overeenkomt met een contrast dat ongeveer 10.000 keer sterker is dan de intrinsieke schommelingen in de CMB van slechts 0,001% (het contrast tussen de lichte en donkere vlekken). Credit: ESA and the Planck collaboration; zoom-in panel: Dominik Riechers, University of Cologne; image composition: Martina Markus, University of Cologne

Sterrenkundigen hebben nu een enorme wolk vol met koud water ontdekt, feitelijk een vroeg sterrenstelsel met daarin een grote wolk vol met H2O, die ze HFLS3 hebben genoemd, een stelsel dat 880 miljoen jaar na de oerknal al bestond. HFLS3 is geen pas ontdekt sterrenstelsel, want hij is al in 2013 ontdekt en in dat jaar noemde ik ‘m al in een blog. Het verschil tussen toen (2013) en nu (2022) is echter dat ze nu van HFLS3 hebben waargenomen welk effect die heeft op de variaties in het spectrum van de fotonen van de CMB, doordat ze onderweg naar de aarde een bepaalde hinder ondervinden, in dit specifieke geval de koudere waterdamp van HFLS3 die de warmere achtergrondstraling van de CMB absorbeert.

Beelden van HFLS3 in meerdere golflengten. credit: ESA/Herschel/HerMES/IRAM/GTC/W. M. Keck Observatory

Het mooie is nu dat ze door die schaduwwerking hebben kunnen achterhalen wat de temperatuur was van de CMB ten tijde van HFLS3, dus 880 miljoen jaar na de oerknal, toen de roodverschuiving z 6,34 bedroeg. Die blijkt toen volgens de waarnemingen tussen de 16,4 en 30,2K te hebben gelegen, een temperatuur die goed past bij de voorspelling op basis van het vigerende ΛCDM-model van 20K. De huidige temperatuur van de CMB is 2,7K. Eerder had men voor roodverschuivingen tussen 0 en 1 (d.w.z. tot een afstand van zes miljard lichtjaar) ook al de temperatuur van de CMB weten te bepalen en wel via het Sunyaev–Zeldovich effect. En voor de roodverschuiving tussen 1,8 en 3,3 (tussen 10 en 11,7 miljard lichtjaar afstand) had men dat ook kunnen doen met een andere methode. Maar de temperatuursbepaling van de CMB door HFLS3 is de verste die ooit gedaan is. Je vindt hier het vakartikel over de waarnemingen aan HFLS3, verschenen in Nature. Bron: Max Planck Instituut.