Astronomen zien gigantische botsingen van clusters van sterrenstelsels in jong heelal

Afbeelding van een cluster van verre sterrenstelsels op 7 miljard lichtjaar van de aarde. De meeste geelwitte vlekken zijn complete sterrenstelsels, sommige vlekken zijn sterren in de voorgrond. De röntgenstraling (blauw) komt van gas van zo’n 10 miljoen tot 100 miljoen graden heet. De radiostraling (rood) is van deeltjes die tot bijna de lichtsnelheid zijn versneld. (c) PanSTARRS/NASA/ Chandra/LOFAR.

Een internationaal team van onderzoekers onder Leidse leiding heeft negen gigantische botsingen in kaart gebracht van clusters van sterrenstelsels. De botsingen vonden zeven miljard jaar geleden plaats en konden worden waargenomen omdat ze deeltjes versnellen tot grote snelheden. Het is voor het eerst dat botsingen van zulke verre clusters zijn bestudeerd. De onderzoekers publiceren hun bevindingen maandagavond 2 november in het vakblad Nature Astronomy.

Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste structuren in het heelal. Ze kunnen bestaan uit duizenden sterrenstelsels met elk miljarden sterren. Als zulke clusters samensmelten dan worden de elektronen die zich tussen deze clusters bevinden, versneld tot bijna de lichtsnelheid. Deze deeltjes zenden vervolgens radiostraling uit als ze in contact komen met magneetvelden in de clusters.

Tot nu toe waren telescopen niet sterk genoeg om de radiostraling van verre botsende clusters op te vangen. Maar dankzij het Nederlands-Europese netwerk van aan elkaar geschakelde LOFAR-antennes en een ‘belichtingstijd’ van acht uur per cluster konden de onderzoekers voor het eerst gedetailleerde gegevens verzamelen van verre clusters.

Uit de gegevens blijkt onder andere dat de radiostraling van verre botsende clusters veel helderder is dan gedacht. Volgens de heersende theorieën komt de radiostraling van deeltjes die worden versneld door turbulente wervelingen. Onderzoeksleider Gabriella Di Gennaro, promovenda aan de Universiteit Leiden voegt toe: “We denken dan ook dat de turbulentie en de wervelingen die bij de botsingen ontstaan, sterk genoeg zijn om de deeltjes ook in het jonge heelal te versnellen.”

Verder bleken de magneetvelden in de verre clusters ongeveer net zo sterk als in eerder onderzochte nabije clusters. Volgens medeauteur en magneetveld-expert Gianfranco Brunetti (INAF-Bologna, Italië) was dat onverwacht: “We weten nog niet hoe die magneetvelden zo sterk kunnen zijn in een nog jong heelal, maar door ons onderzoek komen we wel dichter bij een oplossing. We hopen dat toekomstige waarnemingen aan verre clusters meer inzicht geven.” Bron: Astronomie.nl.

Kans dat vannacht twee onbestuurbare ruimtevaartuigen botsen boven de Zuidpool [Update]

De berekende banen van de twee ruimtevaartuigen. Credit: LeoLabs Inc.

Het Amerikaanse LeoLabs Inc. heeft berekend dat er een grote kans is dat vannacht 02:56:40 uur Nederlandse tijd twee ruimtevaartuigen ergens in de buurt van de Zuidpool met elkaar in botsing komen. De kans zou volgens LeoLabs groter dan 10% [1]Uit berichten op Twitter begrijp ik dat het risico nu op 3,8% wordt ingeschat. zijn dat de twee vaartuigen, de derde trap van een Chinese Chang Zheng 4C raket (2009) en de Cosmos 2004, een Russische Parus navigatiesatelliet uit het Sovjet-tijdperk (1989), op 991 km hoogte boven de Zuidpool met elkaar in botsing komen – beide voertuigen, samen 2,8 ton aan massa, zijn onbestuurbaar. Leolabs denkt dat de twee objecten elkaar binnen een straal van 25 meter straks zullen naderen.

Als de botsing inderdaad plaatsvind betekent dat er enorm veel kleine stukjes puin op die hoogte zal komen, dat een gevaar zal opleveren voor satellieten die zich op die hoogte bevinden. Hieronder de berekende positie waar de twee ruimtevaartuigen elkaar kunnen raken. De Parus Cosmos 2004 heeft een arm van 17 meter lang, dus dat vergroot de kans op een botsing.

Credit: Leolabs Inc.

[Update 16 oktober 08.00 uur] Er lijkt vannacht geen botsing te zijn geweest! Zie de tweet hieronder.

Bron: NASA Spaceflight.

References[+]

References
1 Uit berichten op Twitter begrijp ik dat het risico nu op 3,8% wordt ingeschat.

Sterrenkundigen ontdekken een ‘kosmische ring van vuur’ in het vroege heelal

Een artistieke impressie van het ringstelsel R5519. Credit: James Josephides, Swinburne Astronomy Productions

Sterrenkundigen hebben een vreemd uitziend sterrenstelsel ontdekt in het vroege heelal, 10,8 miljard lichtjaar van ons vandaan. Het gaat om een sterrenstelsel dat eruit ziet als een gloeiende ring, met een donker groot gat in het midden. Niet voor niets dat ze spreken van een ‘kosmische ring van vuur’. Het stelsel heet R5519 en het is bestudeerd door sterrenkundigen van het ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3-D) in Australië. Het gat in het midden van R5519 is enorm groot, zo’n twee miljard keer zo groot als de afstand aarde-zon (150 miljoen km), da’s zo’n 18.000 lichtjaar. Het ringstelsel heeft ongeveer dezelfde massa als het Melkwegstelsel. De ring zelf van het stelsel heeft een enorme sterproductie, die wel vijftig keer hoger is dan wat de Melkweg aan sterren produceert. En dat zorgt er voor dat die ring ook daadwerkelijk een soort ring van vuur is.

Credit: Tiantian Yuan/Hubble Space Telescope

R5519 is bestudeerd met de telescoop van het WM Keck Observatorium in Hawaï en met de Hubble ruimtetelescoop (foto hierboven te zien) en de sterrenkundigen denken dat de ring het gevolg is van een botsing die een sterrenstelsel had met een ander stelsel. Daarom spreken ze ook wel van een “collisional ring galaxy”. Er zijn meer ringstelsels ontdekt, zoals Zw II 28 (zie afbeelding hieronder), maar die vinden we allemaal in het nabije heelal.

Credit: ESA/NASA

Ringstelsels kunnen ontstaan door interne processen, maar in het geval van R5519 is er sprake van een externe oorzaak, een botsing met een ander stelsel. Wil zo’n ring kunnen ontstaan na een ‘botsing’ van twee sterrenstelsels dan moet één ervan – het ‘slachtoffer’ van de botsing, die als een soort van schietschijf fungeerde – wel een dunne schijf bevatten van sterren en gas. Recent kwamen ook andere voorbeelden aan het licht van sterrenstelsels in het vroege heelal die al schijfachtige structuren en zelfs spiraalarmen hadden – zie o.a. deze en deze Astroblogs. De waarnemingen aan R5519 wijzen dus weer op vroege vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal. Hier het vakartikel over de waarnemingen, verschenen in Nature. Bron: Phys.org.

Zeer heftige botsing waargenomen tussen twee groepen sterrenstelsels

Credit: X-ray: Chandra: NASA/CXC/SAO/E. O’Sullivan; XMM: ESA/XMM/E. O’Sullivan; Optical: SDSS

Sterrenkundigen hebben met een mix aan grote telescopen twee groepen van sterrenstelsels ontdekt die met enorme kracht tegen elkaar aan het botsen zijn. Het gaat het systeem genaamd NGC 6338 (in het sterrenbeeld Draak) en met een snelheid van maar liefst 6,5 miljoen km/u knallen de stelsels van de twee groepen tegen elkaar aan. Met NASA’s Chandra X-ray Observatory, ESA’s XMM-Newton, de Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) en het Apache Point Observatory in New Mexico keek men naar NGC 6338 (de eerste twee instrumenten in röntgenstraling, de derde in radiogolven, de laatste in optisch licht), een systeem dat een enorme massa van maar liefst 100 biljoen zonsmassa heeft (een biljoen heeft twaalf nullen), waarvan 83% in de vorm van donkere materie voorkomt, 16% in de vorm van heet gas en een schamele 1% in de vorm van sterren. Het gas tussen de sterren en sterrenstelsels wordt door de botsing verhit en dat zorgt er voor dat het tot wel 20 miljoen K heet kan zijn.

Een optische foto van NGC 6338. Credit: Sloan Digital Sky Survey.

Het gas straalt daardoor röntgenstraling uit, hetgeen door Chandra en XMM-Newton is waargenomen (het hete gas in rood, iets koeler gas in blauw, hierboven te zien). De waarnemingen laten zien dat de botsing van de twee groepen – de hevigste botsing tussen twee groepen sterrenstelsels ooit gezien – precies plaatsvindt in de richting van de gezichtslijn van de aarde naar NGC 6338. Door de botsing zal er uiteindelijk een cluster van sterrenstelsels ontstaan. Hier het vakartikel over de waarnemingen, verschenen in september in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: CfA/Harvard.

Vroegste samensmeltende sterrenstelsels door ALMA ontdekt

Opname van B14-65666, die de verdeling van stof (rood), zuurstof (groen) en koolstof (blauw) laat zien, zoals waargenomen door ALMA. De sterren in  B14-65666 (wit) zijn met de Hubble Space Telescope gefotografeerd. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, Hashimoto et al.

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili hebben sterrenkundigen een sterrenstelsel in het vroege heelal ontdekt dat bezig is te botsen en samensmelten met een ander sterrenstelsel. Het object heet B14-65666 en het staat op een afstand van maar liefst 13 miljard lichtjaar in de richting van het zuidelijke sterrenbeeld Sextant. Het sterrenstelsel, eh… de twee sterrenstelsels, bestonden al één miljard jaar na de oerknal waarmee het heelal ontstond en daarmee is B14-65666 is allervroegste paar van samensmeltende sterrenstelsels dat we kennen. Takuya Hashimoto (Waseda Universiteit) en z’n team bekeken B14-65666 met de ALMA telescoop, die objecten in het submillimeter radiogebied van het elektromagnetisch spectrum bekijkt, en ze ontdekten radiostraling van zuurstof, koolstof en stof.

Impressie van de twee samensmeltende sterrenstelsels van B14-65666. Credit: National Astronomical Observatory of Japan.

Uit de analyse van die radiostraling blijkt dat er in B14-65666 sprake is van twee ‘blobs’, sterrenstelsels elk met een eigen snelheid. De totale massa van B14-65666 blijkt slechts een tiende van die van de Melkweg te zijn, een aanwijzing hoe jong de twee sterrenstelsels zijn. Ondanks die lage massa is hun sterproductie enorm: per jaar produceren ze 100 keer zoveel sterren als de Melkweg. Ook dat is een aanwijzing dat er een botsing gaande is. Hier is het vakartikel over de waarneming met ALMA aan B14-65666, morgen (18 juni) te verschijnen in de Publications of the Astronomical Society of Japan. Bron: ALMA.

Nabij dwergstelsel heeft “ring van vuur” als gevolg van frontale botsing

Credit: Ivan Bojicic / the scientific team.

Astronomen hebben de restanten gevonden van een spectaculaire botsing tussen sterrenstelsels en dat in onze galactische achtertuin! Het stelsel in kwestie staat op een afstand van 30 miljoen lichtjaar en da’s maar net buiten onze Lokale Groep. Rondom dit stelsel is een ring van sterren aangetroffen – deze ring wordt het Wiel van Kathyrn genoemd (naar de vrouw van de ontdekker). Dergelijke systemen zijn zeldzaam en ontstaan vanuit “bulls-eye” botsingen tussen twee sterrenstelsels van vergelijkbare massa. Schokgolven van de botsing doen enorme gaswolken samenpersen, waardoor een massale stervorming op gang komt. Dit resulteert dan in een spectaculaire ring van intense emissie. Hierdoor wordt het systeem verlicht als een vuurwerkshow. Sterrenstelsels groeien door botsingen, maar desondanks worden botsende stelsels zelden “op heterdaad” betrapt. Een bulls-eye botsing is nog veel zeldzamer – we kennen slechts 20 systemen met volledige ringen. De nieuw ontdekte ring heeft slechts 1 procent de massa van de Melkweg – schijnbaar kunnen dergelijke ringen bij veel kleinere stelsels ontstaan dan gedacht. De reden dat we de ring niet eerder hebben gezien, komt doordat deze zich achter een dichtbevolkt gedeelte van de Melkweg bevindt, in de buurt van een heldere voorgrondster.

Bron: Royal Astronomical Society

Isotopenonderzoek bevestigt ontstaanstheorie van de maan

Credit: NASA/JPL-Caltech

Recent onderzoek aan isotopen van zuurstof in maangesteente heeft nieuw bewijs opgeleverd voor de theorie dat de maan is ontstaan door de botsing 4,5 miljard jaar geleden van de aarde met een grote andere planeet, genaamd Theia. Om de theorie te staven kijkt men naar de chemische samenstelling van de aarde en de maan, met name naar de verhoudingen tussen de verschillende isotopen van elementen zoals zuurstof, titanium, silicium en anderen. Isotopen zijn varianten van een bepaald chemisch element waarvan de atoomkernen allemaal hetzelfde aantal protonen bevatten, maar het aantal neutronen verschilt, zoals van zuurstof 17O (9 neutronen, 8 protonen) en 16O (8 neutronen, 8 protonen). De verhoudingen variëren van plaats tot plaats in het zonnestelsel, maar de eerder gemeten overeenkomst tussen de verhoudingen van aarde en maan is groot en dat lijkt in strijd met de botsingstheorie, die er van uit gaat dat de maan vooral uit materiaal moet bestaan dat van Theia afkomstig is. Die verhouding 17O/16O was eerder al bepaald aan de hand van meteorieten afkomstig van de maan. Maar de groep Duitse onderzoekers onder leiding van dr. Daniel Herwartz (Universiteit van Göttingen) denkt dat die meteorieten niet representatief zijn, omdat ze door aards water zijn beïnvloed. Daarom hebben ze ‘vers’ maangesteente onderzocht, afkomstig van de monsters die meegenomen zijn met de diverse Apollo-maanlandingen en daaruit blijkt dat de maangesteenten duidelijk meer zuurstof-17 bevatten dan hun aardse tegenhangers. Herwartz denkt dat de maan voor 50% bestaat uit materiaal afkomstig van de ‘proto-aarde’, 50% van Theia. Hieronder een infografiek over de botsingstheorie van het ontstaan van de maan.


Source SPACE.com: All about our solar system, outer space and exploration.

Bron: Eurekalert.

Hoe Sentinel-1A kort na z’n lancering uit moest wijken voor een op hol geslagen satelliet


Op 3 april 2014 werd de Europese Sentinel-1A satelliet gelanceerd met een Russische Sojoez draagraket. Die aardobservatie-satelliet kwam in een speciale zon-synchrone baan te hangen, dus voordat ‘ie daar aanbeland was ging er wel wat tijd overheen. Nu blijkt dat de vluchtleiders van Sentinel-1A in Darmstadt, die na de succesvolle lancering dachten zo’n beetje klaar te zijn met de werkzaamheden, kort na de lancering een risicovolle manoeuvre uit moesten voeren om een botsing te voorkomen tussen de Sentinel-1A satelliet en de

Chandra ziet dwergstelsel op groter spiraalstelsel rammen

Credit: X-ray: NASA/CXC/Huntingdon Inst. for X-ray Astronomy/G.Garmire, Optical: ESO/VLT

Waarnemingen die zijn verricht met de Chandra-ruimtetelescoop hebben het bestaan onthult van een superhete gaswolk in een sterrenstelsel op een afstand van 60 miljoen lichtjaar. De hete gaswolk is vermoedelijk ontstaan door de botsing tussen een dwergstelsel en het veel grotere sterrenstelsel NGC 1232. Als dit wordt bevestigd, zou het de eerste keer zijn dat zo’n botsing alleen wordt waargenomen in röntgenstraling.Als we de röntgenopname combineren met een zichtbare opname, dan wordt e.e.a. verduidelijkt. De botsing tussen het dwergstelsel en het spiraalstelsel heeft een schokgolf veroorzaakt, vergelijkbaar met een sonische knal op aarde – hierdoor is het interstellaire gas samengedrukt en verhit tot een temperatuur van 6 miljoen graden. De röntgengegevens van Chandra laten zien dat het gas een komeetachtig uiterlijk heeft, veroorzaakt door de beweging van het dwergstelsel. Nabij de “kop” van de komeetvormige röntgenemissie bevindt zich een gebied met enkele zeer heldere sterren en een versterkte röntgenafgifte. Dit markeert vermoedelijk het gebied waar de schokgolf geresulteerd heeft in stervorming, waardoor heldere en zware sterren zijn ontstaan. In dat geval zal de extra röntgenafgifte geproduceerd zijn door de restanten van supernovae die vaak het gevolg zijn van de evolutie van massieve sterren.

De massa van de volledige gaswolk is moeilijk te bepalen, omdat we vanuit een tweedimensionale opname de driedimensionale vorm van de wolk niet kunnen achterhalen. Als het hete gas geconcentreerd is in een soort van pannenkoek dan zal de massa zo’n 40.000 zonnen bedragen. Als het hete gas uniform verspreid is, dan zou de massa wel 3 miljoen zonnen kunnen bedragen! Dit komt overeen met de massa van bepaalde dwergstelsels in de omgeving van de Melkweg. Het gas kan nog tientallen tot honderden miljoenen jaren blijven stralen, afhankelijk van de geometrie van de botsing. De botsing zelf neemt pakweg 50 miljoen jaar in beslag. Door meer van dit soort heldere wolken te zoeken, kunnen we dus wellicht een beter inzicht krijgen in hoe vaak dit soort botsingen optreden. Bron: Chandra X-Ray Observatory.

Botsten de Melkweg en het Andromedastelsel tien miljard jaar geleden al een keer?

Een schematische weergave hoe het Andromedastelsel tien miljard jaar geleden door de Melkweg vloog. Credit: Fabian Lueghausen / University of Bonn

We weten dat over pakweg 3,75 miljard jaar ons Melkwegstelsel een soort van kosmische botsing zal ondergaan met de naaste buur, het grote en welbekende Andromedastelsel (M31), dat nu nog op een veilige afstand van ruim twee miljoen lichtjaar van ons verwijderd is. Maar een team van sterrenkundigen onder leiding van Hongsheng Zhao (University of St Andrews) denkt dat beiden in het verre verleden al eens in botsing zijn geraakt en wel zo’n tien miljard jaar geleden. Vandaag presenteerde Zhao daarover een lezing op de Royal Astronomical Society (RAS) National Astronomy Meeting in St Andrews (VK). De beweging van sterrenstelsels is voor een groot deel afhankelijk van de verborgen donkere materie en Zhao en z’n team gebruikten voor hun berekeningen niet het gangbare model van donkere materie, maar het in 1983 door Mordehai Milgrom (Weizmann Institute in Israël) opgestelde Modified Newtonian Dynamics (MOND). Eigenlijk zegt dat model dat donkere materie helemaal niet bestaat, maar dat de zwaartekrachtswetten van Newton op de schaal van de sterrenstelsels bijgesteld moet worden.

Illustratie van een blik op de sterrenhemel net voor de voorspelde samensmelting van het naburige Andromedastelsel met de Melkweg over 3,75 miljard jaar. Credit: NASA / ESA / Z. Levay / R. van der Marel / STScI / T. Hallas / A. Mellinger

Het MOND model hebben Zhao en z’n mensen op de sterrenstelsels in de Lokale Groep toegepast, waar de Melkweg en het Andromedastelsel toe behoren, en uit de berekeningen – hier te lezen – kwam naar voren dat de twee stelsels tien miljard jaar geleden al eens botsten. In het donkere materie-model zou dat geleid hebben tot een samensmelten van de twee, maar bij MOND leidde dat hooguit tot een lange sliert van gas en stof, waaruit de vele dwergstelsels rondom beide sterrenstelsels zijn ontstaan. De modellen van donkere materie kunnen die bestaande dwergstelsels niet goed verklaren. Nou is in dit verband de vraag wel relevant of MOND een plausibel alternatief is voor de modellen van donkere materie. Op de schaal van sterrenstelsels geeft het een betere verklaring voor diverse waargenomen verschijnselen, zoals de rotatiesnelheid van sterren rondom het centrum van het sterrenstelsel, maar op de schaal van clusters en superclusters schijnt het weer belabberde resultaten te geven. Kortom, hier is het laatste woord nog niet over gezegd. Bron: PhysOrg.