3 februari 2023

21 cm waterstoflijn waargenomen bij een sterrenstelsel op recordafstand

Radiowaarneming van het sterrenstelsel SDSSJ0826+5630. Credit: Chakraborty & Roy/NCRA-TIFR/GMRT

Sterrenkundigen zijn er in geslaagd om de bekende 21 cm-emissielijn van waterstof te identificeren in een sterrenstelsel op een afstand van maar liefst 8,8 miljard lichtjaar afstand (uitgedrukt in ‘lookback time’, roodverschuiving z∼1,3), een stelsel dat bestond toen het heelal nog maar 4,9 miljard jaar oud was. De straling met een golflengte van 21 cm werd voor het eerst waargenomen door Harold Ewen en Edward Purcell op 25 maart 1951 en wel in het Melkwegstelsel, nadat in de tweede wereldoorlog onze landgenoot Hendrik C. van de Hulst er de theoretische basis voor legde. De emissielijn ontstaat wanneer de spin van het elektron van een waterstofatoom – hét meest voorkomende atoom in het heelal – spontaan omklapt. Bij dit proces komt een kleine hoeveelheid energie vrij in de vorm van radiostraling, met een golflengte van 21 cm of een frequentie van 1420,4 MHz. Met de Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) in India is het Matt Dobbs (McGill University, Canada) en zijn team gelukt om de 21 cm lijn waar te nemen in SDSSJ0826+5630, een sterrenstelsel met een hoge productie van nieuwe sterren dat al bijna negen miljard jaar geleden bestond.

De Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) bij Pune, Maharashtra, India. Credit: National Centre for Radio Astrophysics.

Dat men de 21 cm emissielijn kon zien bij dit stelsel op zo’n recordafstand komt omdat er sprake is van een zwaartekrachtlens. Precies tussen ons en SDSSJ0826+5630 in staat nog een ander zwaar sterrenstelsel, dat er voor zorgt met zijn massa dat de ruimte om hem heen wordt verbogen en dat zorgt voor een natuurlijke, kosmische lenswerking, zodat het licht van SDSSJ0826+5630 wordt afgebogen én versterkt (zie de afbeelding hieronder). Dat laatste heeft er voor gezorgd dat het licht van SDSSJ0826+5630 met een factor dertig werd versterkt en dát maakte het mogelijk om de 21 cm lijn waar te nemen.

Credit: Swadha Pardesi

De waarnemingen laten zien dat SDSSJ0826+5630 zeer veel gas heeft: de hoeveelheid atomair gas, brandstof voor nieuwe sterren, is maar liefst twee keer zo groot als de massa van de zichtbare sterren. Meer informatie vind je in het vakartikel “Detection of H I 21 cm emission from a strongly lensed galaxy at z ∼ 1.3” van Arnab Chakraborty en Nirupam Roy, gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: McGill Universiteit.

Share

Comments

  1. “21cm lijn” gemeten met een
    roodverschuiving van “z ~ 1,3”

    1) Betekent dat, dat de golflengte van dat signaal bij ons ondertussen zo’n 27,3 cm (21×1,3) was geworden?
    En heeft die Gravitatie-lens nog invloed op de golflengte?

    Groet, Paul

    • λ_obs = λ_int * (1 + z)

      De waargenomen golflengte is de eigen (intrinsieke) golflengte, vermenigvuldigd met de gemeten roodverschuiving plus 1. Dus:

      λ_obs = 21 cm * (1 + 1.3) = 21 cm * 2.3 = 48.3 cm

      De tweede vraag hangt er een beetje vanaf, hoe is de massa precies verdeeld enzo, maar grofweg zal het licht bij het verlaten van dat lensstelsel evenveel energie verliezen (=langere golflengte) als het opdeed toen het erin reisde (en de golflengte naar verhouding korter werd). (Bij het verlaten moet het de zwaartekracht van het lensstelsel verslaan, dat kost energie, en bij het erin reizen krijgt het juist hulp van de zwaartekracht.)

  2. In het artikel staat “We fit a 2D Gaussian to the peak channel image, at ν = 620.0683 MHz (z = 1.2907)”. Dat is inderdaad 48,39 cm. Je zou verwachten dat de 2 verschillende wegen tot interferentie leiden maar dat merk je niet bij random ruis.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: