28 november 2022

Luidste ‘brul’ in de kosmos al 13 jaar een mysterie

Radiotelescopen. Geluidsgolven kunnen niet reizen in een vacuüm maar radiogolven kunnen dat wel. Veel objecten in de kosmos  zenden radiogolven uit. De radiogolven uit de Melkweg werden gedetecteerd in 1931 door de  natuurkundige Karl Jansky.Credits; Pixabay/ELG21

NASA’s instrument de ‘Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics, and Diffuse Emission’ (ARCADE) werd ooit gebouwd om zwakke hittesignalen van de eerste generatie sterren te vinden. Tot veler verrassing detecteerden een team van astrofysici en kosmologen zo’n 13 jaar geleden, met data van ARCADE, een signaal dat zes keer luider was dan verwacht. Deze kosmische ‘brul’ was, aldus de wetenschappers, te luid om een signaal van vroege sterren te zijn en ook veel harder dan de voorspelde gecombineerde radiostraling van verre sterrenstelsels. En mogelijk zou het signaal, aldus de onderzoekers, de zoektocht naar signalen van de eerste sterren die zich na de oerknal hebben gevormd nog wel eens kunnen belemmeren. ARCADE was bevestigd aan een ballon die op een hoogte van 37 km boven de Aarde zweefde, werd gelanceerd in 2006, en zou dienen om radiogolven op te vangen van de hitte van verre sterren. ARCADE observeerde 7% van de nachtelijke hemel op radiosignalen. Destijds leidde Dr. Alan Kogut het onderzoek vanuit NASA’s Goddard Space Flight Center (GSFC) in Maryland. Kogut’s team presenteerde het sterke signaal in 2009, tijdens de 213e bijeenkomst van de American Astronomical Society (AAS). Enkele leden van het team en andere deskundigen laten hun licht anno 2022 nog eens over dit fenomeen schijnen.

‘Ruimtegebrul’ is diffuus signaal
Over de oorsprong van deze ‘kosmische brul’ die zes keer harder dreunt dan voorspeld, en afkomstig is uit de diepe kosmos, wordt tot op de dag van vandaag gediscusseerd. In 2009 luidde het commentaar van Alan Kogut ‘er is iets nieuws en interessants aan de hand in het universum’, en dankzij  ARCADE, gelanceerd in 2006, vanuit Texas, ontdekte men dit signaal. Oersterren of bekende radiobronnen, waaronder gas in de buitenste halo van de Melkweg, werden door de astrofysici uitgesloten als oorsprong van het bijzondere signaal. Het signaal werd gemeten als zijnde zes keer helderder dan de gecombineerde emissie van alle bekende radiobronnen in het universum en het belemmert, aldus de onderzoekers, de zoektocht naar signalen van de eerste sterren die zich na de oerknal hebben gevormd.

NASA’s ARCADE Credits; NASA, Roen Kelly

Kogut stelt in dit interview aan Space.com dat ARCADE in staat was om ‘absoluut gekalibreerde nul-niveau’ metingen te doen, d.w.z. dat het de werkelijke helderheid van iets meet in reële fysieke termen in plaats van relatieve termen. Dit i.t.t. typische radiotelescopen, die twee punten in de lucht observeren en contrasteren. Door naar al het ‘licht’ te kijken en het te vergelijken met een blackbody-bron, kon ARCADE de combinatie van vele zwakke bronnen zien. De intensiteit van de ‘ruimtebrul’ werd gedurende enkele maanden duidelijk. Mede-onderzoeker Dale J. Fixsen, vertelt over de spannende maanden van analyse, en Fixsen en Kogut beschreven tenslotte de aard en oorsprong van het signaal als; “Het is een diffuus signaal dat uit alle richtingen komt, dus het wordt niet veroorzaakt door een enkel object”, en verder “Het signaal heeft ook een frequentiespectrum, of ‘kleur’, dat vergelijkbaar is met radio-emissie van ons eigen Melkwegstelsel. Dit ‘radiosynchrotron-achtergrond emissie‘ is emissie van vele individuele bronnen en vermengt zich tot een diffuse gloed. Dit bijzonder signaal wordt veroorzaakt door synchrotronstraling – een type emissie van hoogenergetische geladen deeltjes in magnetische velden – en omdat elke bron hetzelfde karakteristieke spectrum heeft, is het moeilijk om de oorsprong van dit intense signaal te bepalen.” Reeds decennia is bekend dat gecombineerde radio-emissie van verre sterrenstelsels een diffuse achtergrond zou moeten vormen die uit alle richtingen komt, aldus Kogut, maar hoewel dit signaal eender is, lijken er geen zes keer meer sterrenstelsels in het verre universum te zijn om het verschil te maken wat zou kunnen duiden op een nieuwe bron.
Een parallele discussie betreft of het signaal van binnen of van buiten de Melkweg komt. Kogut e.a. stellen dat het vermoedelijk van buiten de Melkweg komt daar het ‘gebrul’ de ruimtelijke verdeling van de radio-emissie van de Melkweg niet volgt, de radiosynchrotron-achtergrond emissie zou een ander beeld geven van de Melkweg, Singal schetst; De belangrijkste reden is dat het ons Melkwegstelsel volledig anders zou maken dan elk vergelijkbaar spiraalstelsel, dat, voor zover we kunnen nagaan, niet het soort gigantische, bolvormige, radio-emitterende halo vertoont die zich dan ver buiten het stelsel zou moeten begeven.” Bovendien zou het een heroverweging van de magnetische velden-modellen van de Melkweg vereisen.

Experts hebben meerdere theorieën op de aard en oorsprong van de ‘ruimtebrul’ losgelaten, maar geven de voorkeur aan de extragalactische oorsprong als bron van het signaal.
De Amerikaanse natuurkundige David Brown zei bijvoorbeeld dat het ruimtegebrul ‘het eerste grote empirische succes van de M-theorie’ zou kunnen zijn, een breed wiskundig raamwerk dat de snaartheorie omvat, zie o.a. deze blog. Singal stelt: Mogelijke bronnen zijn ofwel diffuse grootschalige mechanismen zoals turbulent samensmeltende clusters van sterrenstelsels, of een geheel nieuwe klasse van tot nu toe onbekende ongelooflijk talrijke individuele bronnen van radio-emissie in het universum,” en vervolgt: “Maar alles in dat opzicht is op dit moment zeer speculatief, en enkele suggesties die naar voren zijn gebracht, zijn onder meer het vernietigen van donkere materie, en supernova’s van de eerste generaties sterren.” Sommige wetenschappers hebben gesuggereerd dat gassen in grote clusters van sterrenstelsels de bron zouden kunnen zijn, hoewel het onwaarschijnlijk is dat ARCADE de straling van een van hen zouden hebben kunnen detecteren.

ARCADE opnieuw inzetten?
Wat signaal ook moge zijn, de wetenschappers menen dat er meer onderzoek nodig is en dat ARCADE opnieuw ingezet zou moeten worden, met nog gevoeligere instrumenten dan voorheen.  Jack Singal (Universiteit van Richmond), e.a., zullen in ieder geval nog een tweetal extra metingen gaan doen. Met behulp van de Green Bank Radiotelescoop, zal Singal e.a. een ‘absoluut gekalibreerde nulniveaumeting, op de megahertz (MHz) -frequenties waar de radiohemel het helderst is’ gaan uitvoeren (een MHz is gelijk aan een miljoen hertz.), en de andere meting betreft, aldus Singal, een meting aan de variatie van de radiosynchrotron-achtergrond, op de MHz-frequentie. Singal zal hiervoor de Low-Frequency Array [LOFAR] in Nederland gebruiken. Beide metingen in combinatie kunnen mogelijk helpen om vast te stellen of de achtergrond van de radiosynchrotron primair galactisch of extragalactisch van oorsprong is. Bronnen; Space.com, Eurekalert, NASA/ESA

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: