ESO-telescoop ontdekt meest nabije paar superzware zwarte gaten tot nu toe

Close-up en overzichtsfoto van het meest nabije paar superzware zwarte gaten. Credit: ESO/Voggel et al.; ESO/VST ATLAS team.

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) hebben astronomen het meest nabije paar superzware zwarte gaten opgespoord dat ooit is waargenomen. De twee objecten bevinden zich ook veel dichter bij elkaar dan alle andere paren superzware zwarte gaten die ooit zijn waargenomen, en zullen uiteindelijk samensmelten tot één groot zwart gat.

De twee zwarte gaten bevinden zich in het sterrenstelsel NGC 7727 in het sterrenbeeld Waterman en zijn ongeveer 89 miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd. Dat lijkt misschien ver weg, maar het is veel dichterbij dan de vorige recordhouders, die zich op een afstand van 470 miljoen lichtjaar bevinden.

Close-up van het meest nabije paar superzware zwarte gaten. Credit:
ESO/Voggel et al.

Superzware zwarte gaten houden zich schuil in het centrum van zware sterrenstelsels en wanneer twee van zulke stelsels samensmelten, komen de zwarte gaten op ramkoers te liggen. Het tweetal in NGC 7727 is aan de hemel gezien slechts 1600 lichtjaar van elkaar verwijderd en heeft daarmee tevens het record voor de kleinste onderlinge afstand tussen twee superzware zwarte gaten gebroken. ‘Het is voor het eerst dat we twee superzware zwarte gaten hebben ontdekt die zo dicht bij elkaar staan – hun onderlinge afstand is meer dan tweemaal zo klein als die van de vorige recordhouder,’ zegt Karina Voggel, astronoom aan de Sterrenwacht van Straatsburg in Frankrijk en hoofdauteur van de studie die vandaag online is gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics.

‘De geringe onderlinge afstand en snelheid van de twee zwarte gaten wijzen erop dat ze waarschijnlijk al binnen 250 miljoen jaar zullen samensmelten tot één monsterlijk zwart gat,’ voegt medeauteur Holger Baumgardt, professor aan de Universiteit van Queensland, Australië, toe. Het samensmelten van zwarte gaten als deze zou kunnen verklaren hoe de allerzwaarste zwarte gaten in het heelal ontstaan.

Kosmische botsingen – NGC 7727, 89 miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd in het sterrenbeeld Waterman. Credit: ESO/VST ATLAS team.

Voggel en haar team konden de massa’s van de beide objecten bepalen door te onderzoeken hoe hun zwaartekracht de beweging van de hen omringende sterren beïnvloedt. Het grootste van de twee, dat zich precies in het hart van NGC 7727 bevindt, bleek bijna 154 miljoen keer zoveel massa te hebben als de zon, terwijl de massa van zijn metgezel 6,3 miljoen zonsmassa’s bedraagt.

Het is voor het eerst dat de massa’s van een tweetal superzware zwarte gaten op deze manier zijn gemeten. Dit kunststukje was mogelijk dankzij de nabijheid van het sterrenstelsel tot de aarde en de nauwkeurige waarnemingen die het team heeft kunnen doen op de Paranal-sterrenwacht in Chili. Daarbij hebben de astronomen gebruikgemaakt van de Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van ESO’s VLT, een instrument waarmee Voggel tijdens haar studententijd bij ESO heeft leren werken. Door de massa’s met MUSE te meten en aanvullende gegevens van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA te gebruiken, kon het team bevestigen dat de objecten in NGC 7727 inderdaad superzware zwarte gaten zijn.

Overzichtsfoto van het hemelgebied rond NGC 7727. Credit:
ESO/Digitized Sky Survey 2.

Astronomen vermoedden al dat zich in het sterrenstelsel twee zwarte gaten bevonden, maar hadden hun bestaan tot nu toe niet kunnen bevestigen, omdat we geen grote hoeveelheden hoogenergetische straling uit hun directe omgeving waarnemen, die hun bestaan zou hebben verraden. ‘Onze ontdekking impliceert dat er veel meer van deze overblijfselen van samensmeltende sterrenstelsels kunnen bestaan, waarin zich zware zwarte gaten schuilhouden die op ontdekking wachten,’ zegt Voggel. ‘Het totale aantal superzware zwarte gaten dat in het lokale heelal bekend is, zou hierdoor met dertig procent kunnen toenemen.”

De zoektocht naar zulke verborgen superzware zwarte gaten zal naar verwachting een enorme vlucht nemen met ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die later dit decennium in de Chileense Atacama-woestijn in gebruik zal worden genomen. ‘Deze detectie van een tweetal superzware zwarte gaten is nog maar het begin,’ zegt medeauteur Steffen Mieske, astronoom bij ESO in Chili en hoofd van ESO’s Paranal Science Operations. ‘Met het HARMONI-instrument van de ELT zijn detecties als deze tot op aanzienlijk grotere afstanden mogelijk dan nu. ESO’s ELT zal een belangrijke rol spelen bij het begrijpen van deze objecten.’ Bron: ESO.

Zwart gat verstopt zich in sterrenhoop buiten ons Melkwegstelsel

Artist’s impression van het zwarte gat in NGC 1850, die zijn begeleidende ster vervormt. Credit: ESO/M. Kornmesser

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) hebben astronomen een klein zwart gat buiten ons Melkwegstelsel weten op te sporen, door te kijken naar hoe het de beweging van een ster in zijn nabijheid beïnvloedt. Het is voor het eerst dat deze detectiemethode is gebruikt om een zwart gat buiten ons Melkwegstelsel te ontdekken. De methode zou van cruciaal belang kunnen zijn voor het opsporen van verborgen zwarte gaten in de Melkweg en in nabije sterrenstelsels, en zou licht kunnen werpen op de manier waarop deze geheimzinnige objecten ontstaan en evolueren.

Het pas ontdekte zwarte gat hield zich schuil in NGC 1850, een verzameling van duizenden sterren op ongeveer 160.000 lichtjaar afstand in de Grote Magelhaense Wolk – een klein buurstelsel van de Melkweg.

NGC1850 zoals vastgelegd met de Very Large Telescope en Hubble. Credit:
ESO, NASA/ESA/M. Romaniello

‘Ongeveer net zoals Sherlock Holmes een criminele bende opspoort aan de hand van hun misstappen, bekijken we elke ster in deze sterrenhoop met behulp van een vergrootglas en proberen we aanwijzingen te vinden voor de aanwezigheid van zwarte gaten, zonder ze rechtstreeks te zien,’ zegt Sara Saracino van het Astrophysics Research Institute van de Liverpool John Moores University in het Verenigd Koninkrijk, die de leiding had over het onderzoek dat nu geaccepteerd is voor publicatie in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. ‘Het hier getoonde resultaat betreft slechts één van de gezochte misdadigers, maar als je er één hebt gevonden, zit je op het goede spoor om er nog veel meer te ontdekken, die zich andere sterrenhopen verschuilen.’

De eerste ‘boef’ die het team heeft opgespoord, blijkt ongeveer elf keer zoveel massa te hebben als onze zon. De astronomen kwamen hem op het spoor via de zwaartekrachtsinvloed die hij uitoefent op de ster van vijf zonsmassa’s die om hem heen draait. Eerder hebben astronomen zulke kleine zwarte gaten al in andere sterrenstelsels weten op te sporen door de röntgenstraling te detecteren die zwarte gaten uitzenden wanneer ze materie opslokken of via de zwaartekrachtgolven die zwarte gaten uitzenden wanneer ze in botsing komen met elkaar of met neutronensterren.

Positie van de sterrenhoop NGC 1850 in het sterrenbeeld Goudvis. Credit:
ESO, IAU and Sky & Telescope

De meeste zwarte gaten van enkele stermassa’s verraden hun bestaan echter niet door het uitzenden van röntgenstraling of zwaartekrachtgolven. ‘De overgrote meerderheid kan alleen door middel van dynamica worden ontdekt,’ zegt teamlid Stefan Dreitzler, verbonden aan de Georg-August-Universität Göttingen in Duitsland. ‘Wanneer ze een gewone ster als begeleider hebben, beïnvloeden ze diens beweging op een subtiele maar detecteerbare manier, zodat we ze met geavanceerde instrumenten kunnen opsporen.’

Met behulp van de dynamische methode die Saracino en haar team hebben gebruikt, zouden astronomen veel meer zwarte gaten kunnen opsporen en ontraadselen. ‘Elke detectie die we doen zal belangrijk zijn voor ons begrip van sterrenhopen en de daarin aanwezige zwarte gaten,’ zegt medeauteur Mark Gieles van de Universiteit van Barcelona, Spanje.

De Grote Magelhaense Wolk door het oog van VISTA. Credit:
ESO/VMC Survey

Het is voor het eerst dat een zwart gat is aangetroffen in een jonge sterrenhoop (NGC 1850 is slechts ongeveer 100 miljoen jaar oud – een oogwenk naar astronomische maatstaven). Door de dynamische methode op vergelijkbare sterrenhopen toe te passen, kunnen de astronomen nog meer jonge zwarte gaten opsporen, en deze vergelijken met de grotere rijpere zwarte gaten in oudere sterrenhopen. Op die manier kan meer inzicht worden verkregen in de wijze waarop deze objecten ‘groeien’ door zich met sterren te voeden of met andere zwarte gaten samen te smelten. Bovendien zou het in kaart brengen van de demografie van zwarte gaten in sterrenhopen ons begrip van de oorsprong van de bronnen van zwaartekrachtgolven verbeteren.

Bij hun zoektocht maakten de astronomen gebruik van gegevens die verspreid over twee jaar zijn verzameld met de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), gekoppeld aan ESO’s VLT, die in de Chileense Atacama-woestijn staat opgesteld. ‘MUSE stelde ons in staat om zeer dichtbevolkte gebieden te observeren, zoals de binnenste regionen van sterrenhopen, en het licht van elke ster in de omgeving te analyseren. Met het instrument kan in één klap informatie over duizenden sterren worden verzameld, minstens tien keer meer dan met welk ander instrument dan ook’, zegt medeauteur Sebastian Kamann, een MUSE-deskundige die al lange tijd werkzaam is aan het Liverpool Astrophysics Research Institute. Dit maakte het mogelijk om de ster te ontdekken waarvan de eigenaardige beweging de aanwezigheid van het zwarte gat verried. Gegevens van het Optical Gravitational Lensing Experiment van de Universiteit van Warschau en van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA stelden de astronomen in staat om hun bevindingen te bevestigen en de massa van het zwarte gat te meten.

Met ESO’s Extremely Large Telescope in Chili, die later dit decennium operationeel zal worden, zullen astronomen nog meer verborgen zwarte gaten kunnen opsporen. ‘De ELT zal zeker een revolutie teweegbrengen op dit gebied,’ zegt Saracino. ‘Daarmee zullen we beduidend zwakkere sterren in hetzelfde beeldveld kunnen waarnemen, en ook naar zwarte gaten kunnen gaan zoeken in bolvormige sterrenhopen op veel grotere afstanden.’ Bron: ESO.

Astronomen zien schijf rond jonge super-Jupiter waar wellicht manen vormen

Oude artistieke weergave van GQ Lupi B (linksvoor) en de hoofdster GQ Lupi (rechts). Ten tijde van deze tekening, in 2010, was de stofschijf rond GQ Lupi B nog niet ontdekt. (c) Devon1980 [CC BY-SA 3.0 via Wikimedia]

Een internationaal team van sterrenkundigen onder Leidse leiding heeft voor het eerst een stofschijf in kaart gebracht rond een jonge super-Jupiter, een hemellichaam op het grensgebied tussen een reuzenplaneet en bruine dwerg. Ze keken met behulp van zogeheten directe waarnemingen bij mid-infrarode golflengtes. Ze detecteerden emissie van de schijf en speculeren dat er misschien manen zijn gevormd. De onderzoekers publiceren hun bevindingen binnenkort in het vakblad The Astronomical Journal.

Sterrenkundigen vermoeden al langer dat jonge gasreuzen en bruine dwergen een stofschijf om zich heen hebben draaien waarin manen kunnen ontstaan, vergelijkbaar met de vorming van planeten in een schijf rond een jonge ster. Zo is er bijvoorbeeld bewijs voor een gigantisch ringsysteem dat is ontdekt in de helderheidsvariaties van een ster toen de ringen er voorlangs bewogen. Nu hebben onderzoekers voor het eerst de warmtestraling van een schijf van gas en stof rond een zware super-Jupiter gedetailleerd bekeken.

500 lichtjaar van de aarde
Het gaat om de reuzenplaneet of bruine dwerg genaamd GQ Lupi B. Het object bevindt zich in het zuidelijke sterrenbeeld Wolf (Lupus) op ongeveer 500 lichtjaar van de aarde. GQ Lupi B is veel zwaarder dan Jupiter en heeft een baan die meer dan 20 keer wijder rond de hoofdster ligt dan Jupiter rond onze zon.

De ontstaansgeschiedenis van dit soort objecten is een mysterie. Het is niet duidelijk of GQ Lupi B via een planeetachtige of sterachtige route is gevormd. GQ Lupi B werd in 2004 ontdekt toen er van de ster GQ Lupi een foto met hoog contrast werd gemaakt. Sindsdien onderzoeken sterrenkundigen van over de hele wereld de atmosfeer en baanbeweging van deze super-Jupiter.

Very Large Telescope
Voor het recente onderzoek gebruikten de astronomen de instrumenten NACO en MUSE. Die zijn gekoppeld aan de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili. Met infraroodcamera NACO zagen de astronomen dat er infraroodstraling van de stofschijf afkomt. Daaruit leidden ze af dat de schijf een stuk koeler is dan de hete atmosfeer van GQ Lupi B. De onderzoekers denken dat de lage temperatuur duidt op een centrale leegte in de schijf. Ze vermoeden dat daar wellicht het stof is weggeveegd doordat er manen zijn gevormd. Maar het zou ook kunnen dat de schijf beïnvloed wordt door een magneetveld van GQ Lupi B.

Met MUSE, een enorm stabiele spectrograaf die werkt in het visuele deel van het spectrum, hebben de onderzoekers zogeheten H-alfastraling gemeten. Dat duidt erop dat GQ Lupi B nog aan het groeien is dankzij de aanvoer van gas uit zijn eigen schijf en mogelijk ook uit de schijf van de ster waar deze super-Jupiter omheen beweegt.

In de toekomst hopen de onderzoekers de schijf van GQ Lupi B in meer detail te bestuderen. “De James Webb-ruimtetelescoop die binnenkort gelanceerd wordt biedt interessante mogelijkheden.” zegt onderzoeksleider Tomas Stolker (Universiteit Leiden). “Webb kan spectra nemen bij mid-infrarood golflengtes. Dat is vanaf de aarde niet goed mogelijk. Op die manier zouden we veel meer kunnen leren over de fysische en chemische processen in de schijf van GQ Lupi B die wellicht de vorming van manen mogelijk maken.”

Gasreus of bruine dwerg?
Met de ontdekking van nieuwe exoplaneten is het niet altijd duidelijk of het om een planeet of bruine dwerg gaat. Dit is met name lastig te bepalen bij direct waargenomen objecten zoals GQ Lupi B omdat hun massa’s vaak onzeker zijn. Vandaar dat onderzoekers vaak een slag om de arm houden en het in één adem hebben over ‘een reuzenplaneet of bruine dwerg’. En vandaar dat de B in GQ Lupi B soms met een hoofdletter (want een bruine dwerg) en soms met een kleine letter (want een planeet) wordt geschreven.

Wetenschappelijk artikel

Characterizing the protolunar disk of the accreting companion GQ Lupi B. Door: Tomas Stolker, Sebastiaan Y. Haffert, Aurora Y. Kesseli, Rob G. van Holstein, Yuhiko Aoyama, Jarle Brinchmann, Gabriele Cugno, Julien H. Girard, Gabriel-Dominique Marleau, Michael R. Meyer, Julien Milli, Sascha P. Quanz, Ignas A.G. Snellen & Kamen O. Todorov. Geaccepteerd voor publicatie in The Astronomical Journal. Gratis preprint: https://arxiv.org/abs/2110.04307

Bron: Astronomie.nl.

Ontmoet de 42: ESO fotografeert enkele van de grootste planetoïden in ons zonnestelsel

42 planetoïden gefotografeerd door ESO’s VLT. Credit:
ESO/M. Kornmesser/Vernazza et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Chili hebben astronomen opnamen gemaakt van 42 van de grootste objecten in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter. Nooit eerder is zo’n grote groep planetoïden zo scherp in beeld gebracht. De waarnemingen tonen een breed scala aan eigenaardige vormen, van bolvormig tot ‘hondenkluif’, en helpen astronomen om de oorsprong van de planetoïden in ons zonnestelsel te achterhalen.

De gedetailleerde opnamen van deze 42 objecten betekenen een sprong voorwaarts in het planetoïdenonderzoek. Deze is mogelijk gemaakt dankzij telescopen op de grond, en draagt bij aan het beantwoorden van de ultieme vraag naar leven, het heelal en de rest [1]In The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy (Het transgalactisch liftershandboek) van Douglas Adams, het getal 42 het antwoord op de ‘ultieme vraag naar het leven, het heelal en de rest’. … Continue reading.

Ceres en Vesta. Credit:
ESO/Vernazza et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

‘Tot nu toe waren slechts drie grote planetoïden in de hoofdgordel – Ceres, Vesta en Lutetia – gedetailleerd in beeld gebracht, omdat ze zijn bezocht door de ruimtemissies Dawn en Rosetta van respectievelijk NASA en ESA,’ aldus Pierre Vernazza van het Laboratoire d’Astrophysique de Marseille in Frankrijk, die de leiding had over het planetoïdenonderzoek waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics zijn gepubliceerd. ‘Onze ESO-waarnemingen hebben scherpe beelden van een veel groter aantal opgeleverd: 42 in totaal.’

Het tot nog toe geringe aantal gedetailleerde waarnemingen van planetoïden betekende dat belangrijke kenmerken zoals hun driedimensionale vorm of dichtheid tot nu toe grotendeels onbekend waren gebleven. Tussen 2017 en 2019 hebben Vernazza en zijn team het plan opgevat om deze leemte opvullen door de belangrijkste objecten in de planetoïdengordel aan een grondig onderzoek te onderwerpen.

De meeste van de 42 objecten in hun steekproef zijn groter dan honderd kilometer. In het bijzonder heeft het team bijna alle planetoïden in de gordel met afmetingen groter dan tweehonderd kilometer in beeld gebracht (20 van de 23). De twee grootste objecten die het team heeft onderzocht zijn Ceres en Vesta, met diameters van ongeveer 940 en 520 kilometer. De twee kleinste planetoïden in de steekproef, Urania and Ausonia, zijn elk slechts ongeveer negentig kilometer groot.

Poster van 42 planetoïden in ons zonnestelsel en hun omloopbanen. Credit:
ESO/M. Kornmesser/Vernazza et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Door de vormen van de objecten te reconstrueren, realiseerde het team zich dat de waargenomen planetoïden in grote lijnen in twee families kunnen worden ingedeeld. Sommige, zoals Hygiea and Ceres, zijn bijna volmaakt bolvormig terwijl andere een meer eigenaardige, ‘langgerekte’ vorm hebben, met als onbetwiste koningin de ‘hondenkluif’-planetoïde Kleopatra.

Door de vormen van de planetoïden te combineren met informatie over hun massa’s, ontdekte het team dat de dichtheid van de planetoïden over de hele linie sterk verschilt. De vier minst dichte onderzochte planetoïden, waaronder Lamberta and Sylvia, hebben een dichtheid van ongeveer 1,3 gram per kubieke centimeter – zo’n beetje de dichtheid van steenkool. Met respectievelijk 3,9 en 4,4 gram per kubieke centimeter – hoger dan de dichtheid van diamant (3,5 gram per kubieke centimeter) – hebben Psyche and Kalliope de hoogste dichtheden.

Sylvia en Lamberta. Credit:
ESO/Vernazza et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Deze grote verschillen in dichtheid wijzen erop dat de samenstelling van de planetoïden aanzienlijk varieert, wat astronomen belangrijke aanwijzingen geeft over hun oorsprong. ‘Onze waarnemingen onderbouwen het idee dat deze objecten sinds hun vorming een substantiële migratie hebben doorgemaakt. De enorme variatie in hun samenstelling kan, kort gezegd, alleen worden begrepen als de objecten in verschillende delen van het zonnestelsel zijn ontstaan,’ legt Josef Hanuš van de Karelsuniversiteit Praag, Tsjechië, een van de auteurs van de studie uit. De resultaten ondersteunen met name de theorie dat de planetoïden met de laagste dichtheid zich in het afgelegen gebied voorbij de baan van Neptunus hebben gevormd, en later naar hun huidige locatie zijn gemigreerd.

Deze bevindingen zijn te danken aan de gevoeligheid van het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrument dat aan ESO’s VLT is gekoppeld [2]Alle waarnemingen zijn uitgevoerd met de Zurich IMaging POLarimeter (ZIMPOL), een beeldvormend subsysteem van het SPHERE-instrument dat op zichtbare golflengten opereert.. ‘Dankzij de verbeterde mogelijkheden van SPHERE en het feit dat er weinig bekend was over de vormen van de grootste planetoïden in de hoofdgordel, hebben we aanzienlijke vooruitgang kunnen boeken op dit gebied,’ zegt medeauteur Laurent Jorda, eveneens van het Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.

Astronomen zullen nog meer planetoïden gedetailleerd in beeld kunnen brengen met ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in Chili wordt gebouwd en later dit decennium in gebruik zal worden genomen. ‘ELT-waarnemingen van planetoïden in de hoofdgordel zullen ons in staat stellen om objecten te onderzoeken met diameters tot 35 à 80 kilometer, afhankelijk van hun locatie in de gordel, en kraters tot ongeveer 10 à 25 kilometer groot,’ zegt Vernazza. ‘Met een SPHERE-achtig instrument op de ELT zouden we zelfs een vergelijkbare steekproef kunnen nemen van objecten in de verre Kuipergordel. Dit betekent dat we de geologische geschiedenis van een veel grotere steekproef van kleine objecten vanaf de grond in kaart kunnen brengen.’

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in een artikel dat in Astronomy & Astrophysics verschijnt (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202141781).

Bron: ESO.

References[+]

References
1 In The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy (Het transgalactisch liftershandboek) van Douglas Adams, het getal 42 het antwoord op de ‘ultieme vraag naar het leven, het heelal en de rest’. Vandaag, 12 oktober 2021, is de 42ste verjaardag van de publicatie van het boek.
2 Alle waarnemingen zijn uitgevoerd met de Zurich IMaging POLarimeter (ZIMPOL), een beeldvormend subsysteem van het SPHERE-instrument dat op zichtbare golflengten opereert.

Deel van de ‘ontbrekende materie’ blijkt te zitten in galactische winden

Credit: Johannes Zabl

Over de ontbrekende materie hebben we het hier vaker gehad. Nee, het gaat dan niet om donkere materie die we niet direct kunnen zien, maar om doodgewone materie, die bestaat uit wat men ‘baryonen’ noemt, waarvan de bekendste voorbeelden de protonen en neutronen zijn. Uit waarnemingen en berekeningen blijkt dat maar liefst 80% van de baryonische materie vermist wordt, Afgelopen jaren is al een deel ervan gevonden, o.a. in de vorm van waterstofsneeuw en in het kosmische web. En nu is weer een deel van de ontbrekende materie gevonden en wel in de zogeheten galactische winden. Een internationaal team van sterrenkundigen heeft met behulp van het MUSE [1]MUSE staat voor het Multi Unit Spectroscopic Explorer instrument, een 3D spectrograaf. verbonden aan de Very Large Telescopes (VLT) van de ESO in Chili gekeken naar het sterrenstelsel genaamd Gal 1. Dat stelsel staat vlakbij een quasar, die ‘m als ware het een vuurtoren fel verlicht, zodat alles wat er in en om Gal 1 gebeurt goed te zien is. Dankzij die exta belichting was men in staat om met MUSE goed de interactie te volgen tussen het stelsel Gal 1 en z’n directe omgeving, waar zich een grote intergalactische wolk van gas en stof bevindt. In het sterrenstelsels vinden supernovae plaats en die zorgen er voor dat er materie vanuit het sterrenstelsel naar buiten stroomt in de vorm van galactische winden. Die voeden op hun beurt de wolken buiten het sterrenstelsel. De wolk bij Gal 1 bleek magnesium uit te zenden én te absorberen en daar kon men een gedetailleerde kaart van maken (hierboven, de middelste foto in blauw). Uit het onderzoek komt naar voren dat maar liefst 80 tot 90% van de gewone, baryonische materie zich bevindt in intergalactische wolken zoals die bij Gal 1. De meeste baryonische materie zit dus buiten de sterrenstelsels, hetgeen je niet verwacht. Het gaat dan ook om zeer lichtzwakke materie, die alleen door foefjes van de natuur, zoals de verlichting door een nabije quasar, kan worden gedetecteerd. Hier is het vakartikel over het onderzoek aan Gal 1, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Science Daily.

References[+]

References
1 MUSE staat voor het Multi Unit Spectroscopic Explorer instrument, een 3D spectrograaf.

ESO maakt beste opnamen tot nu toe van vreemde ‘hondenkluif’-planetoïde

Planetoïde Kleopatra vanuit verschillende hoeken gezien. Credit: ESO/Vernazza, Marchis et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS).

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) heeft een team van astronomen nieuwe opnamen gemaakt van de planetoïde Kleopatra. Dat heeft de meest detailrijke foto’s tot nu toe opgeleverd van deze merkwaardig gevormde planetoïde, die op een hondenkluif lijkt. Het nieuwe onderzoek levert aanwijzingen op over hoe deze planetoïde, en de twee manen die eromheen draaien, zijn ontstaan.

‘Kleopatra is echt een uniek object binnen ons zonnestelsel,’ zegt Franck Marchis. Hij had de leiding had over het onderzoek van de planetoïde en haar manen, waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics (zie dit en dit artikel) worden gepubliceerd. Marchis, astronoom aan het SETI Institute in Mountain View, VS en aan het Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Frankrijk: ‘De wetenschap boekt veel vooruitgang dankzij onderzoek van vreemde buitenbeentjes zoals Kleopatra. Dankzij dit complexe meervoudige planetoïdenstelsel kunnen we meer te weten komen over ons zonnestelsel.’

Zo groot is Kleopatra in vergelijking met het noorden van Italië. Credit: ESO/M. Kornmesser/Marchis et al.

Kleopatra draait in de planetoïdengordel tussen de planeten Mars en Jupiter om de zon. Astronomen hebben haar de bijnaam ‘hondenkluif’-planetoïde gegeven nadat radarwaarnemingen ongeveer twintig jaar geleden lieten zien dat zij uit twee lobben bestaat die door een dikke ‘hals’ met elkaar verbonden zijn. In 2008 ontdekten Marchis en zijn collega’s dat om Kleopatra twee manen cirkelen, die AlexHelios en CleoSelene heten, naar de kinderen van de beroemde Egyptische koningin.

Om meer over Kleopatra te weten te komen, gebruikten Marchis en zijn team snapshots van de planetoïde die tussen 2017 en 2019 op verschillende momenten zijn genomen met het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) instrument van ESO’s VLT. Omdat de planetoïde draaide, konden ze haar vanuit verschillende hoeken bekijken en de tot nu toe meest nauwkeurige 3D-modellen van haar vorm maken. Daarbij hebben de astronomen ontdekt dat de ene lob groter is dan de andere, en dat de lengte van de planetoïde circa 270 kilometer bedraagt – ruwweg de afstand Maastricht-Groningen.

Bij een tweede onderzoek, eveneens gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics, heeft een team onder leiding van Miroslav Brož van de Karelsuniversiteit in Praag, Tsjechië, de SPHERE-waarnemingen gebruikt om de juiste omloopbanen van Kleopatra’s beide manen vast te stellen. Bij eerdere onderzoeken waren deze banen al ruw bepaald, maar de nieuwe waarnemingen met ESO’s VLT lieten zien dat de manen zich niet bevonden waar de oudere gegevens voorspelden dat ze zouden staan.

Bewerkte SPHERE-opname waarop de manen van Kleopatra te zien zijn. Credit: ESO/Vernazza, Marchis et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS).

‘Dit moest worden opgelost,’ zegt Brož. ‘Want als de banen van de manen fout waren, was alles fout, inclusief de massa van Kleopatra.’ Dankzij de nieuwe waarnemingen en geavanceerde modelleringen is het team erin geslaagd om nauwkeurig te beschrijven hoe Kleopatra’s zwaartekracht de bewegingen van haar manen beïnvloedt en om de complexe omloopbanen van AlexHelios en CleoSelene te bepalen. Dit stelde hen in staat om de massa van de planetoïde te berekenen. Die bleek 35% lager dan eerdere schattingen aangaven.

Door de nieuwe schattingen voor volume en massa met elkaar te combineren, konden de astronomen een nieuwe waarde voor de dichtheid van de planetoïde berekenen. Die blijkt minder dan de helft van de dichtheid van ijzer te zijn – ook lager dan gedacht [1] De opnieuw berekende dichtheid bedraagt 3,4 gram per kubieke centimeter, terwijl eerder werd aangenomen dat Kleopatra een gemiddelde dichtheid van ongeveer 4,5 gram per kubieke dichtheid zou hebben.. De lage dichtheid van Kleopatra, waarvan aangenomen wordt dat zij voor een relatief groot deel uit metalen bestaat, doet vermoeden dat zij poreus van structuur is en mogelijk niet veel meer is dan een losse samenklontering van puin. Dit betekent dat zij waarschijnlijk is ontstaan uit materiaal dat zich na een reusachtige inslag heeft opgehoopt.

Kleopatra’s puinhoopstructuur en de manier waarop zij roteert, leveren ook aanwijzingen op over hoe haar twee manen kunnen zijn gevormd. De planetoïde roteert met bijna kritische snelheid – de snelheid waarboven zij uit elkaar zou beginnen te vallen – en zelfs bij kleine inslagen kunnen steentjes van haar oppervlak ontsnappen. Marchis en zijn team denken dat AlexHelios en CleoSelene uit dit ontsnappende materiaal kunnen zijn gevormd, wat zou betekenen dat Kleopatra ook echt haar eigen manen heeft voortgebracht.

De nieuwe beelden van Kleopatra en de inzichten die ze opleveren, zijn volledig te danken aan een van de geavanceerde adaptive optics systemen waar ESO’s VLT, die in de Chileense Atacama-woestijn staat opgesteld, gebruik van maakt. Adaptieve optiek corrigeert de beeldvervormingen, veroorzaakt door de atmosfeer van de aarde, die ervoor zorgen dat objecten wazig lijken – hetzelfde effect dat sterren vanaf de aarde gezien doet twinkelen. Dankzij deze correcties kon SPHERE Kleopatra – die nooit dichterbij komt dan 200 miljoen kilometer – in beeld brengen, ondanks dat haar schijnbare grootte aan de hemel vergelijkbaar is met die van een golfbal op ongeveer veertig kilometer afstand.

ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope (ELT), met zijn geavanceerde adaptieve optische systemen, zal ideaal zijn om opnamen te maken van verre planetoïden zoals Kleopatra. ‘Ik kan niet wachten om de ELT op Kleopatra te richten, om te zien of er nog meer manen zijn, en hun banen te verfijnen om kleine veranderingen op te sporen,’ voegt Marchis toe. Bron: ESO.

References[+]

References
1 De opnieuw berekende dichtheid bedraagt 3,4 gram per kubieke centimeter, terwijl eerder werd aangenomen dat Kleopatra een gemiddelde dichtheid van ongeveer 4,5 gram per kubieke dichtheid zou hebben.

Nieuwe ESO-waarnemingen bewijzen dat rotsachtige exoplaneet maar half zo zwaar is als Venus

Artist’s impression van het planetenstelsel L 98-59. Credit: ESO/M. Kornmesser.

Een team van astronomen is met behulp van de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Chili meer te weten gekomen over de planeten rond de nabije ster L 98-59, die overeenkomsten vertonen met de binnenste planeten van ons zonnestelsel. Daaronder bevinden zich een planeet met half zo veel massa als Venus (de lichtste exoplaneet die ooit met de radiale-snelheidstechniek is gemeten), een oceaanwereld en een mogelijke planeet in de leefbare zone.
‘De planeet in de leefbare zone heeft wellicht een atmosfeer die leven in stand zou kunnen houden,’ zegt María Rosa Zapatero Osorio, astronoom aan het Centrum voor Astrobiologie in Madrid, Spanje, en een van de auteurs van het onderzoek, waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics zijn gepubliceerd.

Vergelijking van het planetenstelsel L 98-59 met het binnenste deel van ons zonnestelsel. Credit: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser (Acknowledgment: O. Demangeon).

De resultaten vormen een belangrijke stap in de zoektocht naar leven op planeten van aardse proporties buiten ons zonnestelsel. De detectie van tekenen van leven op een exoplaneet hangt af van de mogelijkheid om zijn atmosfeer te onderzoeken, maar de huidige telescopen zijn niet groot genoeg om de resolutie te bereiken die nodig is om dit bij kleine, rotsachtige planeten voor elkaar te krijgen. Het nu onderzochte planetenstelsel, dat naar zijn ster L 98-59 is vernoemd, is een aantrekkelijk onderzoeksobject voor toekomstige waarnemingen van de atmosferen van exoplaneten. Het draait om een ster die slechts 35 lichtjaar van ons verwijderd is, en blijkt enkele rotsachtige planeten te omvatten – planeten die zich, net als de aarde of Venus, dicht genoeg bij hun ster bevinden om warm te zijn.
Met behulp van ESO’s VLT kon het team vaststellen dat drie van de planeten wellicht water in hun inwendige of atmosfeer bevatten. De twee planeten die zich het dichtst bij de ster in het L 98-59-stelsel bevinden, zijn waarschijnlijk droog, maar kunnen kleine hoeveelheden water bevatten. De derde planeet zou voor wel dertig massaprocent uit water kunnen bestaan, wat kan betekenen dat het een oceaanwereld is.

Bovendien ontdekten de astronomen een planeet in dit stelsel waarvan het bestaan nog niet bekend was, en hebben ze aanwijzingen gevonden voor een mogelijke vijfde planeet. Deze laatste bevindt zich in een zone op de juiste afstand van de ster om vloeibaar water op zijn oppervlak te laten bestaan. ‘We hebben dus aanwijzingen gevonden voor de aanwezigheid van een aardse planeet in de leefbare zone van dit stelsel,’ verklaart Olivier Demangeon, onderzoeker aan het Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço van de Universiteit van Porto in Portugal en hoofdauteur van het nieuwe onderzoek.
Het onderzoek betekent een technische doorbraak, omdat de astronomen met behulp van de radiale-snelheidsmethode hebben kunnen vaststellen dat de binnenste planeet in het stelsel slechts half zo zwaar is als Venus. Daarmee is het de lichtste exoplaneet die ooit met behulp van deze techniek is ‘gewogen’. Bij deze techniek wordt de schommelbeweging van de moederster gemeten die door de geringe zwaartekrachtsaantrekking van de om haar heen draaiende planeten wordt veroorzaakt.

Bij het onderzoek van L 98-59 heeft het team gebruik gemaakt van het Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO)-instrument dat aan ESO’s VLT is gekoppeld. ‘Zonder de precisie en stabiliteit van ESPRESSO zou deze meting niet mogelijk zijn geweest,’ zegt Zapatero Osorio. ‘Dit is een stap voorwaarts in ons vermogen om de massa’s van de kleinste planeten buiten het zonnestelsel te meten.’
Astronomen hebben drie van de planeten van L 98-59 in 2019 voor het eerst gespot met NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Deze satelliet maakt gebruik van een andere techniek – de zogeheten transitmethode – waarbij de dipjes in het licht van een ster worden gemeten die ontstaan wanneer een planeet voor die ster langstrekt. Van de planeten die zo worden opgespoord kunnen ook de afmetingen worden gemeten. Voor de bepaling van de massa’s van exoplaneten zijn echter radiale-snelheidsmetingen nodig, zoals die worden gedaan met ESPRESSO en diens voorganger, de High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS), die gekoppeld is aan de 3,6-meter ESO-telescoop op La Silla. Het is aan deze beide instrumenten te danken dat Demangeon en zijn team de extra planeten konden opsporen en de massa’s van de drie al bekende planeten konden bepalen. ‘Om te weten waaruit een planeet bestaat, moet je minimaal zijn massa en straal kennen,’ legt Demangeon uit.
Het team hoopt het L 98-59-stelsel verder te kunnen onderzoeken met de nog te lanceren James Webb Space Telescope (JWST) van de ruimteagentschappen NASA, ESA en CSA. Ook de in aanbouw zijnde Extremely Large Telescope (ELT) van ESO, waarmee in 2027 de eerste waarnemingen zullen worden gedaan, is ideaal voor het onderzoek van deze planeten. ‘Het HIRES-instrument van de ELT kan de atmosferen van enkele planeten in het L 98-59-stelsel onderzoeken en zo de JWST vanaf de grond aanvullen,’ zegt Zapatero Osorio.
‘Dit stelsel is een voorbode van wat komen gaat,’ voegt Demangeon daaraan toe. ‘We jagen als samenleving al sinds de geboorte van de astronomie achter aardse planeten aan, en nu komen we eindelijk steeds dichter bij de detectie van een aardse planeet in de leefbare zone van zijn ster, waarvan we de atmosfeer zouden kunnen onderzoeken.’ Bron: ESO.

Astronomen doen de eerste duidelijke detectie van een maan-vormende schijf rond een exoplaneet

Overzichtsfoto en close-up van een maan-vormende schijf, zoals gezien met ALMA. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, hebben astronomen voor het eerst een duidelijke schijf rond een planeet buiten ons zonnestelsel gedetecteerd. De waarnemingen zullen nieuw licht werpen op de vorming van planeten en manen in jonge stersystemen.

‘Ons onderzoek heeft geresulteerd in een duidelijke detectie van een schijf waarin zich manen zouden kunnen vormen’, zegt Myriam Benisty, onderzoeker aan de Universiteit van Grenoble, Frankrijk, en aan de Universiteit van Chili, die leiding gaf aan het nieuwe onderzoek dat vandaag in The Astrophysical Journal Letters is gepubliceerd. ‘Onze ALMA-waarnemingen werden verkregen met zo’n voortreffelijke resolutie, dat we duidelijk konden vaststellen dat de schijf bij de planeet hoort en dat we ook de omvang ervan hebben kunnen schatten’, voegt ze eraan toe.

Het stelsel van PDS 70, zoals gezien met ALMA. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

De schijf in kwestie, een zogeheten circumplanetaire schijf, omringt de exoplaneet PDS 70c, een van de twee reusachtige, Jupiter-achtige planeten die om een ster op bijna 400 lichtjaar afstand draaien. Astronomen hadden al eerder aanwijzingen gevonden voor het bestaan van een ‘maan-vormende’ schijf rond deze exoplaneet, maar omdat ze de schijf niet duidelijk konden onderscheiden van zijn omgeving, konden ze de detectie ervan niet bevestigen – tot nu toe dan.

Daarnaast hebben Benisty en haar team met behulp van ALMA ontdekt dat de diameter van de schijf ongeveer gelijk is aan de afstand van onze zon tot de aarde. De schijf bevat genoeg massa om drie satellieten ter grootte van onze maan te vormen.

Maan-vormende schijf rond de exoplaneet PDS 70c, zoals gezien met ALMA. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Maar de resultaten zijn niet alleen van belang om erachter te komen hoe manen ontstaan. ‘Deze nieuwe waarnemingen zijn ook uiterst belangrijk om theorieën over planeetvorming te bewijzen die tot nu toe niet konden worden getoetst’, zegt Jaehan Bae, onderzoeker van het Earth and Planets Laboratory van de Carnegie Institution for Science, VS, en auteur van het onderzoek.

Planeten vormen zich in de stoffige schijven rond jonge sterren. Tijdens hun ‘groei’ veroorzaken ze holtes in de circumstellaire schijf doordat ze materiaal opslokken. Tijdens dit proces kan een planeet zijn eigen circumplanetaire schijf ontwikkelen, die bijdraagt ??aan de groei van de planeet door de hoeveelheid materiaal die erop valt te reguleren. Tegelijkertijd kunnen het gas en stof in de cirkelvormige schijf samenklonteren tot steeds grotere brokstukken, wat uiteindelijk tot de vorming van manen leidt.

De dwergster PDS 70 in het sterrenbeeld Centaurus. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Maar astronomen begrijpen de details van deze processen nog niet volledig. ‘Kortom, het is nog steeds onduidelijk wanneer, waar en hoe planeten en manen ontstaan’, aldus ESO Research Fellow Stefano Facchini, die ook bij het onderzoek betrokken was.

‘Er zijn tot nu toe meer dan 4000 exoplaneten ontdekt, maar die maken allemaal deel uit van volwassen planetenstelsels. PDS 70b en PDS 70c, die een stelsel vormen dat aan het duo Jupiter en Saturnus doen denken, zijn de enige twee tot nu toe gedetecteerde exoplaneten die nog in aanbouw zijn’, zegt Miriam Keppler, onderzoeker aan het Max-Planck-Institut für Astronomie in Duitsland en een van de co-auteurs van het onderzoek.

‘Dit stelsel biedt ons daarom een unieke kans om de processen van planeet- en maanvorming te observeren en te bestuderen’, voegt Facchini daaraan toe.

PDS 70b en PDS 70c, de twee planeten die het stelsel vormen, werden in respectievelijk 2018 en 2019 ontdekt met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT), en vanwege hun unieke karakter zijn ze sindsdien vele malen met andere telescopen en instrumenten waargenomen [1]PDS 70b is ontdekt met behulp van het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrument, terwijl PDS 70c is opgespoord met de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van de … Continue reading.

Dankzij de nieuwste ALMA-waarnemingen met hoge resolutie hebben astronomen nu meer inzicht in het systeem gekregen. Daarbij konden ze niet alleen het bestaan van de circumplanetaire schijf rond PDS 70c bevestigen, en zijn omvang en massa bepalen, maar ontdekten ze ook dat PDS 70b geen duidelijke sporen van zo’n schijf vertoont. Dat wijst erop dat al het stof in zijn omgeving is opgemaakt door buurplaneet PDS 70c.

Een nog beter beeld van het planetenstelsel zal worden verkregen met ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in aanbouw is op Cerro Armazones in de Chileense Atacama-woestijn. ‘De ELT zal van groot belang zijn voor dit onderzoek, omdat we met zijn veel hogere resolutie in staat zullen zijn om het stelsel tot in detail in kaart te brengen’, zegt co-auteur Richard Teague, een onderzoeker bij het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, VS. Met name door gebruik te maken van de ELT’s Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS), zal het team de gasbewegingen rond PDS 70c in kaart kunnen brengen om zo een volledig 3D-beeld van het stelsel te krijgen. Bron: ESO.

References[+]

References
1 PDS 70b is ontdekt met behulp van het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrument, terwijl PDS 70c is opgespoord met de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) van de VLT. Het uit twee planeten bestaande stelsel is ook onderzocht met behulp van het X-shooter-instrument, dat tevens op ESO’s VLT is geïnstalleerd.

Galactisch vuurwerk: nieuwe ESO-opnamen tonen prachtige kenmerken van nabije sterrenstelsels

Vijf sterrenstelsels op verschillende golflengten, zoals waargenomen met het MUSE-instrument van ESO’s VLT. Credit: ESO/PHANGS

Een team van astronomen heeft nieuwe waarnemingen gepresenteerd van nabije sterrenstelsels die op kleurrijk kosmisch vuurwerk lijken. De opnamen, verkregen met de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), tonen verschillende componenten van de sterrenstelsels in afzonderlijke kleuren, wat astronomen in staat stelt om de locaties van jonge sterren en het warme gas om hen heen te lokaliseren. Door deze nieuwe waarnemingen te combineren met gegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waar ESO een van de partners van is, helpt het team nieuw licht te werpen op wat gas ertoe aanzet om sterren te vormen.

Astronomen weten dat sterren worden geboren in wolken van gas, maar wat de stervorming in gang zet, en welke rol sterrenstelsels als geheel daarbij spelen, blijft een raadsel. Om dit proces te begrijpen, heeft een onderzoeksteam diverse nabije sterrenstelsels waargenomen met krachtige telescopen op de grond en in de ruimte, om daarin de verschillende gebieden op te sporen die bij de geboorte van nieuwe sterren betrokken zijn.

NGC 4303 op verschillende golflengten, zoals waargenomen met het MUSE-instrument van ESO’s VLT. Credit: ESO/PHANGS

‘Voor het eerst kunnen we afzonderlijke kernen van stervorming over een breed scala aan locaties en omgevingen analyseren in een steekproef die representatief is voor de verschillende soorten sterrenstelsels,’ zegt Eric Emsellem, ESO-astronoom in Duitsland en hoofd van de VLT-waarnemingen die zijn gedaan in het kader van het Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS (PHANGS)-project. ‘We kunnen het gas dat tot de geboorte van sterren leidt rechtstreeks waarnemen, we zien de jonge sterren zelf en we zijn getuige van de verschillende levensfasen die zij doorlopen.’

Emsellem, die tevens verbonden is aan de Universiteit van Lyon, Frankrijk, en zijn team hebben nu hun meest recente galactische scans gepresenteerd, zoals die zijn gedaan met het Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-instrument van ESO’s VLT in de Atacama-woestijn in Chili. Ze gebruikten MUSE om pasgeboren sterren en het omringende gas op te sporen, dat door de sterren wordt verlicht en verwarmd, en als een indicator van actieve stervorming fungeert.

NGC 1087 op verschillende golflengten, zoals waargenomen met het MUSE-instrument van ESO’s VLT. Credit: ESO/PHANGS

De nieuwe MUSE-opnamen worden nu gecombineerd met waarnemingen van dezelfde sterrenstelsels die met ALMA zijn gedaan en eerder dit jaar zijn vrijgegeven. ALMA, die ook in Chili staat, is bijzonder geschikt om koude gaswolken in kaart te brengen – de delen van sterrenstelsels die de grondstof leveren waaruit sterren ontstaan.

Door de MUSE- en ALMA-opnamen met elkaar te combineren, kunnen astronomen de galactische gebieden onderzoeken waar stervorming plaatsvindt, vergeleken met waar deze naar verwachting zou plaatsvinden, om zo beter te begrijpen wat de aanzet geeft tot de geboorte van nieuwe sterren, en wat deze juist stimuleert of afremt. De resulterende opnamen zijn verbluffend mooi, en geven een spectaculair kleurrijk kijkje in de stellaire kraamkamers van naburige sterrenstelsels.

‘Er zijn nog veel raadsels die we willen oplossen,’ zegt co-auteur Kathryn Kreckel van de Universiteit van Heidelberg in Duitsland. ‘Worden sterren vaker geboren in specifieke delen van hun moederstelsels en zo ja, waarom? En hoe beïnvloedt de evolutie van pasgeboren sterren de vorming van volgende generaties van sterren?’

NGC 1300 op verschillende golflengten, zoals waargenomen met het MUSE-instrument van ESO’s VLT. Credit: ESO/PHANGS.

Dankzij de schat aan gegevens van MUSE en ALMA die het PHANGS-team heeft verzameld zullen astronomen deze vragen nu kunnen beantwoorden. MUSE verzamelt spectra – de ‘streepjescodes’ die astronomen scannen om de eigenschappen van kosmische objecten te onthullen – voor elke plek in zijn beeldveld, en levert daardoor veel rijkere informatie dan traditionele instrumenten. Voor het PHANGS-project heeft MUSE 30.000 nevels van warm gas waargenomen en ongeveer 15 miljoen spectra van uiteenlopende galactische gebieden verzameld. De ALMA-waarnemingen hebben astronomen juist in staat gesteld om ongeveer 100.000 gebieden van koud gas in 90 nabije sterrenstelsels in kaart te brengen, wat een ongekend detailrijke atlas van stellaire kraamkamers in het nabije heelal heeft opgeleverd.

Daarnaast maakt het PHANGS-project ook gebruik van waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA. De verschillende sterrenwachten waren zo geselecteerd dat het team onze galactische buren op verschillende golflengten (zichtbaar, nabij-infrarood en radio) nauwkeurig konden onderzoeken, waarbij elk golflengtegebied specifieke delen van de waargenomen sterrenstelsels ontsluierde. ‘Deze combinatie stelt ons in staat om de verschillende stadia van de stergeboorte – van de vorming van de stellaire kraamkamers tot de aanvang van de eigenlijke stervorming en de uiteindelijke verwoesting van de kraamkamers door de pasgeboren sterren – in meer detail te onderzoeken dan met afzonderlijke waarnemingen mogelijk is,’ zegt co-auteur Francesco Belfiore van INAF-Arcetri in Firenze, Italië. ‘PHANGS biedt ons voor het eerst de mogelijkheid om zo’n compleet beeld van het stervormingsproces te verkrijgen, en opnamen te maken die scherp genoeg zijn om de afzonderlijke wolken, sterren en nevels te bekijken die indicatief zijn voor stervorming.’

De resultaten van het PHANGS-project zullen verder worden aangescherpt door toekomstige telescopen en instrumenten, zoals NASA’s James Webb Space Telescope. De gegevens die op deze manier worden verkregen, zullen een stevigere basis vormen voor de waarnemingen die met ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope (ELT) zullen worden gedaan. Deze telescoop zal later dit decennium in bedrijf komen en een nog detailrijker beeld kunnen geven van de structuren van stellaire kraamkamers.

‘Hoe verbazingwekkend PHANGS ook is, de resolutie van de kaarten die we produceren is net voldoende om afzonderlijke stervormende wolken te herkennen en te scheiden, maar niet goed genoeg om in detail te zien wat daarbinnen gebeurt’, aldus Eva Schinnerer, leider van een onderzoeksteam aan het Max-Planck-Institut für Astronomie in Duitsland en hoofdonderzoeker van het PHANGS-project, in het kader waarvan de nieuwe waarnemingen werden uitgevoerd. ‘Nieuwe observatie-inspanningen van ons team en anderen verleggen de grens steeds verder, dus we hebben nog tientallen jaren van spannende ontdekkingen voor de boeg.’ Bron: ESO.

Onverwachte dampen van zware metalen aangetroffen in kometen in ons zonnestelsel – en daarbuiten

De detectie van zware metalen in de atmosfeer van komeet C/2016 R2. Credit: ESO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.

Nieuw onderzoek door een Belgisch team, dat gebruik maakte van gegevens van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), heeft uitgewezen dat in de atmosferen van kometen ijzer en nikkel voorkomen – zelfs in die op grote afstand van de zon. Onafhankelijk onderzoek door een Pools team, ook gebaseerd op ESO-gegevens, toont aan dat in de ijskoude interstellaire komeet 2I/Borisov eveneens nikkeldamp aanwezig is. Het is voor het eerst dat zware metalen, die doorgaans in hete omgevingen te vinden zijn, in de koude atmosferen van verre kometen zijn aangetroffen.

‘Het was een grote verrassing om ijzer- en nikkelatomen te detecteren in de atmosferen van alle ongeveer twintig kometen die we de afgelopen twee decennia hebben waargenomen, zelfs bij kometen in de koude ruimte ver van de zon’, zegt Jean Manfroid van de Universiteit van Luik, die leiding gaf aan het nieuwe onderzoek van kometen in ons zonnestelsel, waarvan de resultaten vandaag in Nature zijn gepubliceerd.

De detectie van nikkel in de atmosfeer van de interstellaire komeet 2I/Borisov. Credit: ESO/L. Calçada/O. Hainaut, P. Guzik and M. Drahus

Astronomen weten dat er in het stoffige en rotsachtige inwendige van kometen zware metalen voorkomen. Maar omdat vaste metalen gewoonlijk niet ‘sublimeren’ (gasvormig worden) bij lage temperaturen, verwachtten ze niet dat ze ze zouden aantreffen in de atmosferen van koude kometen die zich ver van de zon wagen. Nikkel- en ijzerdampen zijn nu zelfs gedetecteerd bij kometen die op meer dan 480 miljoen kilometer van de zon – meer dan drie keer de afstand aarde-zon – zijn waargenomen.

Het Belgische team heeft ontdekt dat komeet-atmosferen ongeveer gelijke hoeveelheden ijzer en nikkel bevatten. Doorgaans bevat materiaal in ons zonnestelsel, bijvoorbeeld dat in de zon en in meteorieten, ongeveer tien keer zoveel ijzer als nikkel. Dit nieuwe resultaat heeft daarom gevolgen voor ons begrip van het vroege zonnestelsel, al weet het team nog niet precies wat de implicaties ervan zijn.

‘Kometen zijn ongeveer 4,6 miljard jaar geleden gevormd in het zeer jonge zonnestelsel, en zijn sinds die tijd niet veranderd. In zekere zin zijn het astronomische fossielen’, zegt medeauteur Emmanuel Jehin, eveneens van de Universiteit van Luik.

Er was eens een blauwe komeet: komeet C/2016 R2 (PANSTARRS). Credit: ESO/SPECULOOS Team/E. Jehin.

Hoewel het Belgische team deze ‘fossiele’ objecten al bijna twintig jaar onderzoekt met ESO’s VLT, hadden ze de aanwezigheid van nikkel en ijzer in hun atmosferen tot nu toe niet opgemerkt. ‘Deze ontdekking is jarenlang aan onze aandacht ontsnapt’, aldus Jehin.

Het team maakte gebruik van gegevens van het Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES)-instrument van ESO’s VLT. Daarbij zijn, met behulp van een techniek die spectroscopie wordt genoemd, de atmosferen van kometen op verschillende afstanden van de zon onderzocht. Met deze techniek kunnen astronomen de chemische samenstelling van kosmische objecten analyseren: elk chemisch element laat een unieke vingerafdruk achter – een reeks lijnen – in het lichtspectrum van deze objecten.

Het Belgische team ontdekte zwakke, niet-geïdentificeerde spectraallijnen in hun UVES-gegevens, die bij nader inzien aan neutrale atomen van ijzer en nikkel konden worden toegeschreven. Een van de redenen waarom de zware elementen moeilijk aantoonbaar waren, is dat ze in zeer kleine hoeveelheden voorkomen. Het team schat dat er voor elke honderd kilogram water in de atmosfeer van een komeet slechts ongeveer één gram ijzer en ruwweg evenveel nikkel aanwezig is.

‘Gewoonlijk is er tien keer meer ijzer dan nikkel, maar in deze komeet-atmosferen troffen we beide elementen in ongeveer gelijke hoeveelheden aan. Daaruit leiden we af dat deze elementen wellicht afkomstig zijn van een speciaal soort materiaal op het oppervlak van de komeetkern, dat bij vrij lage temperatuur sublimeert en ongeveer evenveel ijzer als nikkel afgeeft’, aldus Damien Hutsemékers, die tevens lid is van het Belgische onderzoeksteam van de Universiteit van Luik.

Opname van de interstellaire komeet 2I/Borisov, vastgelegd met de VLT. Credit: ESO/O. Hainaut.

Hoewel het team nog niet zeker weet welk materiaal dit zou kunnen zijn, zullen nieuwe instrumenten, zoals de Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) van ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope (ELT), onderzoekers wellicht in staat stellen om de bron van de ijzer- en nikkelatomen in de atmosferen van deze kometen op te sporen.

Het Belgische team hoopt dat hun werk de weg zal banen voor toekomstig onderzoek. ‘Nu zullen mensen in de gearchiveerde gegevens van andere telescopen naar die lijnen gaan zoeken’, zegt Jehin. ‘We denken dat dit de aanzet zal geven tot nieuw onderzoek op dit terrein.’

Interstellaire zware metalen

Een andere opmerkelijk onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Nature zijn gepubliceerd, toont aan dat er ook zware metalen voorkomen in de atmosfeer van de interstellaire komeet 2I/Borisov. Toen dit object – de eerste buitenaardse komeet die ons zonnestelsel heeft bezocht – ongeveer anderhalf jaar geleden voorbijkwam, heeft een Pools team het waargenomen met de X-shooter-spectrograaf van ESO’s VLT. Daarbij hebben de astronomen ontdekt dat de koude atmosfeer van 2I/Borisov gasvormige nikkel bevat.

‘Aanvankelijk konden we maar moeilijk geloven dat atomaire nikkel werkelijk op zo’n grote afstand van de zon aanwezig kon zijn in 2I/Borisov. We hebben alles talloze keren moeten controleren voordat we onszelf uiteindelijk konden overtuigen’, zegt onderzoeksauteur Piotr Guzik van de Jagiellonische Universiteit in Krakau, Polen. De ontdekking is verrassend omdat, tot aan de twee onderzoeken die vandaag zijn gepubliceerd, gassen met atomen van zware metalen alleen zijn waargenomen in hete omgevingen, zoals in de atmosferen van ultrahete exoplaneten of verdampende kometen die te dicht bij de zon kwamen. Maar 2I/Borisov werd waargenomen toen hij zich ongeveer 300 miljoen kilometer van de zon bevond – ongeveer tweemaal de afstand aarde-zon.

Het gedetailleerd onderzoeken van interstellaire objecten is cruciaal voor de wetenschap, omdat zij waardevolle informatie bevatten over de verre planetenstelsels waar ze vandaan komen. ‘Plotseling begrepen we dat gasvormige nikkel aanwezig is in komeet-atmosferen in andere delen van het Melkwegstelsel’, zegt co-auteur Micha? Drahus, eveneens van de Jagiellonische Universiteit.

De Poolse en Belgische onderzoeken tonen aan dat 2I/Borisov en de kometen van ons zonnestelsel nog meer gemeen hebben dan tot nu toe werd gedacht. ‘Stel je eens voor: in andere planetenstelsels komen kometen voor die als twee druppels water op die in ons eigen zonnestelsel lijken – hoe cool is dat?’, concludeert Drahus. Bron: ESO.