‘Donkere eeuwen’ van het vroege heelal duurden 200 miljoen jaar langer dan gedacht

© Carnegie Institution for Science / MPIA

Een internationaal team van sterrenkundigen heeft ontdekt dat de periode genaamd ‘de donkere eeuwen’ van het vroege heelal duurde tot 1,1 miljard jaar na de oerknal, dat is zo’n 200 miljoen jaar later dan men eerst dacht. Die donkere eeuwen begonnen veel eerder, al 380.000 jaar na de oerknal (die zelf weer 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond). Op dat moment was de temperatuur in het heelal door de voortdurende expansie gedaald tot 3000K en dat was ‘koel’ genoeg om elektronen en atoomkernen (protonen en neutronen) te laten combineren tot neutrale atomen. Fotonen (lichtdeeltjes) konden vanaf dat moment vrij bewegen en dat moment is gemarkeerd als de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB). Maar juist toen begonnen ook de donkere eeuwen, simpelweg omdat er nog geen sterren waren om licht te geven. De eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden pas zo’n 100 miljoen jaar na de oerknal en toen kreeg je door de sterke UV-straling van die eerste sterren dat het gas weer ging ioniseren, d.w.z dat de elektronen en atoomkernen weer gingen scheiden van elkaar, een periode die de ‘kosmische dageraad’ wordt genoemd, als teken dat er aan de duisternis langzaam een einde kwam. De vraag is alleen wanneer nu die donkere eeuwen precies eindigden, want de ionisatie van het gas ging heel geleidelijk, totdat de zogeheten ‘End of Reonisation’ (EoR) was bereikt. Eerder was berekend dat EoR ergens rond 900 miljoen jaar na de oerknal bereikt was.

Credit: MPIA graphics department

Maar het team van sterrenkundigen onder leiding van Sarah Bosman van het Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) heeft door middel van onderzoek aan quasars laten zien dat EoR pas na 1,1 miljard jaar werd bereikt. Ze keken met behulp van de  European Southern Observatory’s (ESO) X-shooter spectrograaf verbonden aan de VLT in Chili naar het licht van 67 ver verwijderde quasars, die allemaal in hun kern een zeer actief superzwaar zwart gat herbergen. Daarbij letten ze vooral op een absorptielijn van waterstofgas, dat zich in het laboratorium op een golflengte van 121,6 nanometer bevindt, normaal gesproken een lijn in het ultraviolet, maar door de expansie van het heelal is de lijn opgeschoven naar het infrarode deel van het spectrum. Het licht van de quasars passeerde onderweg naar de lange reis naar de aarde meerdere wolken vol met waterstof en de sterrenkundigen waren van iedere wolk in staat om het aandeel neutraal en geïoniseerd waterstofgas te meten – neutraal staat dan voor gas dat nog in de fase van de donkere eeuwen verkeerde, geïoniseerd voor gas dat in de dageraad van het heelal verkeerde. Op grond van dit alles kon men bepalen dat de donkere eeuwen nog 200 miljoen jaar langer duurden dan eerst werd gedacht en dat er pas na 1,1 miljard jaar na de oerknal een volledige EoR was. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de 67 quasars, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 514, Issue 1, 55 (2022). Bron: MPIA.

Gerelateerde Astroblogs:

Sterrenkundigen bevestigen dat JD1 het allerzwakste sterrenstelsel waargenomen in het vroege heelal is Webb heeft de vroegste strengen van het kosmische web waargenomen Superzware zwarte gaten in quasars droegen maar voor 1% bij aan de reïonisatie van het heelal