22 mei 2024

‘Lekkende’ sterrenstelsels zorgden mogelijk voor de reïonisatie in het vroege heelal

Impressie van de reïonisatie in het vroege heelal. Credit: ESA/Christophe Carreau/Science Source

Sterrenkundigen hebben met behulp van de Webb ruimtetelescoop aanwijzingen gevonden dat het jonge sterrenstelsels met een hoge productiegraad van nieuwe sterren waren die hebben gezorgd voor de zogeheten reïonisatie in het vroege heelal, de periode dat het neutrale waterstofgas ioniseerde. Waterstof is zoals we weten het meest eenvoudige atoom in het heelal en het bestaat uit een proton in de kern en een elektron wat er omheen draait. Direct na de oerknal, waarmee het heelal 13,8 miljard jaar geleden ontstond, had je alleen losse protonen en elektronen, want de temperatuur was te heet om die twee bij elkaar te houden, je had toen een plasma van losse protonen en elektronen. Maar 380.000 jaar na de oerknal was de temperatuur als gevolg van de voortdurende uitdijing van het heelal gedaald tot 3000K en toen was het ‘koud’ genoeg om de protonen en elektronen aan elkaar te binden tot neutraal waterstof, een moment dat ze de ‘recombinatie’ noemden, het bekende moment van het ‘oppervlak van de laatste verstrooing‘, het moment dat als het ware bevroren zichtbaar is in de kosmische microgolf-achtergrondstraling (CMB, die hieronder).

De CMB, waargenomen door Planck. (Credit: ESA/Planck)

De vraag is hoe die reïonisatie van het neutrale waterstofgas precies gebeurd is, wat daarvoor verantwoordelijk was. Waren het soms quasars die dat veroorzaakten, de kernen van sterrenstelsels waar een actief superzwaar zwart gat in te vinden is? Dat lijkt onwaarschijnlijk, want quasars waren er te weinig in aantal om voor die reïonisatie van al het waterstofgas te zorgen. Of waren het soms jonge sterrenstelsels, die een hoge graad kenden van stervorming, met sterren die dankzij hun sterke UV-straling zorgden voor de reïonisatie? Die laatste hypothese is nu nader onderzocht en het lijkt er inderdaad op dat deze verklaring juist is. Daarvoor gebruikten ze de Webb ruimtetelescoop, waarmee ze bij de cluster Abell 2744 (zie afbeelding hieronder) konden zien hoe compact die sterrenstelsels in het vroege heelal waren en hoe hoog hun sterproductie was. Toen ze dat wisten te meten konden ze de stelsels vergelijken met hedendaagse sterrenstelsels en konden ze een schatting maken van de hoeveelheid straling die ze produceerden én de hoeveelheid straling die ze ‘lekten’, die in het ‘intergalactische medium’ (IGM) terecht kwam. Op basis hiervan schatten ze in dat de vroege compacte stelsels zo’n 12% van hun straling lekten in de vorm van hoge energiefotonen.

Abell 2744 alias Pandora’s cluster. Credit: NASA, ESA, J. Merten (Institute for Theoretical Astrophysics, Heidelberg/Astronomical Observatory of Bologna), and D. Coe (STScI)

Die hoeveelheid straling blijkt voldoende te zijn om alle waterstofgas in het heelal te ioniseren. Dat moet in de eerste miljard jaar na de oerknal hebben plaatsgevonden, gedurende het zogeheten ‘Epoch of Reionization’ (EoR). Hier het vakartikel over het onderzoek aan de lekkende sterrenstelsels in het vroege heelal, te verschijnen in Astronomy & Astrophysics.

Bron: Universe Today.

Share

Speak Your Mind

*