SOFIA telescoop werpt eerste duidelijke blik op een kokende ketel waarin sterren worden geboren

RCW 49 met in het midden de stercluster Westerlund 2. Credit: NASA/JPL-Caltech/E. Churchwell (University of Wisconsin).

Sterrenkundigen van de Universiteit van Maryland hebben met behulp van NASA’s SOFIA IR-telescoop, die zich aan boord bevindt van een Boeing 747 vliegtuig, voor het eerst een duidelijke blik kunnen werpen op een ‘kokende ketel waarin sterren worden geboren’. Met die Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) telescoop keken Maitraiyee Tiwari en z’n team naar de stercluster Westerlund 2, gelegen in RCW 49, een grote gaswolk in de Melkweg, waar heel veel sterren worden geboren. In eerste instantie dachten sterrenkundigen dat Westerlund 2 omgeven wordt door twee grote uitdijende bellen van heet gas, maar de recente studie met SOFIA laat zien dat er maar één grote bel is. Die ontstaat door de zware, jonge sterren van Westerlund 2, die met hun sterke sterrenwind als het ware bellen blazen, die zich als een razende door het koudere interstellaire gas en stof voortbewegen. De buitenkant van de expanderende bel bestaat uit geïoniseerd koolstof en het is in die uitdijende schil van koolstof dat er nieuwe sterren worden geboren, een soort van kokende ketel waarin sterren ontstaan.

Deel van de expanderende schil rondom Westerlund 2, inclusief artistieke toevoeging: SOFIA in die foto. Credit: Marc Pound/UMD.

Door metingen aan de snelheid van de koolstofionen in de schil en hun richting (naar ons toe of van ons af) was men in staat om een driedimensionaal beeld te krijgen van de expanderende bel rondom Westerlund 2. Ongeveer een miljoen jaar geleden moet de expanderende bel aan één kant zijn opengebarsten en daar in snelheid zijn vertraagd. Maar toen zo’n 200.000 tot 300.000 jaar geleden een nieuwe ster in Westerlund 2 met z’n sterke sterrenwind begon te stralen vulde het gat zich weer en werd de snelheid weer hervat. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan Westerlund 2, op 23 juni verschenen in the Astrophysical Journal. Bron: UMD.

Verstoorde magnetische veldlijnen van galactische botsing Centaurus A in beeld gebracht

Credits: Optical: European Southern Observatory (ESO) Wide Field Imager; Submillimeter: Max Planck Institute for Radio Astronomy/ESO/Atacama Pathfinder Experiment (APEX)/A.Weiss et al.; X-ray and Infrared: NASA/Chandra/R. Kraft; JPL-Caltech/J. Keene; SOFIA/L. Proudfit

Centaurus A (NGC 2158) is het welbekende sterrenstelsel in het zuidelijke sterrenbeeld Centaurus, met een schijnbare helderheid van 6,6m al snel in aan kleine amateurkijker te zien. Het lensvormige sterrenstelsel is vermoedelijk het resultaat van een botsing tussen een spiraalstelsel en een elliptisch stelsel, welke zich 100 miljoen jaar geleden moet hebben voorgedaan. Door gebruik te maken van de infraroodstraling afkomstig van Centaurus A en waargenomen met NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), een IR-telescoop aan boord van een Boeing vliegtuig, zijn sterrenkundigen erin geslaagd om het magnetische veld van het stelsel in kaart te brengen. Normaal gesproken zijn die magnetische veldlijnen niet zichtbaar met licht, maar met SOFIA waren Enrique Lopez-Rodriguez (Stanford Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology in Stanford, Californië) en z’n team toch in staat het magnetisch veld van Cen A, zoals het stelsel kortweg heet, in kaart te brengen. Voordeel van Cen A is dat ‘ie met z’n 13 miljoen lichtjaar afstand relatief erg dichtbij staat en daarom goed te bestuderen is. Uit het onderzoek komt naar voren dat het grootschalige magnetische veld van Cen A, waarvan de onderzoekers zo’n 1600 lichtjaar in beeld hebben gebracht, parallel loopt aan de stofbanden van het stelsel, de donkere banden die zo kenmerkend zijn voor Cen A (zie afbeelding bovenaan).

Foto van Centaurus A, maar dan zonder de magnetische veldlijnen. Credits: Optical: European Southern Observatory (ESO) Wide Field Imager; Submillimeter: Max Planck Institute for Radio Astronomy/ESO/Atacama Pathfinder Experiment (APEX)/A.Weiss et al; X-ray and Infrared: NASA/Chandra/R. Kraft; JPL-Caltech/J. Keene

Die stofbanden zijn vermoedelijk de restanten van het oorspronkelijke spiraalstelsel dat ooit botste met het elliptische stelsel. Men denkt dat door de botsing het kleinschaliger magnetisch veld van Cen A versterkt en verstoord werd en dat de veldlijnen verdraaid raakten. Dat werd nog versterkt onder invloed van het superzware zwarte gat in het centrum van Cen A. Met de in oktober te lanceren James Webb Space Telescope wil men het sterrenstelsel verder gaan bestuderen om meer over z’n oorsprong te weten te komen. Bron: NASA.

Koude quasars vormen een nieuwe fase in de evolutie van sterrenstelsels

Impressie van een koude quasar. Credit: NASA/Daniel Rutter.

Sterrenkundigen hebben een quasar ontdekt die tegendraads is in z’n eigenschappen van wat ze als normaal beschouwen voor quasars. Het gaat om de ‘koude’ quasar genaamd CQ 4479, wiens centrale superzware zwart gat aan het groeien is en waarvan het omringende sterrenstelsel óók een grote stervorming meemaakt. En da’s anders dan ‘hete’ quasars, die een actief superzwaar zwart gat in hun centrum herbergen, dat sterk materie vanuit z’n omgeving aantrekt waardoor ‘ie groeit, maar waarvan de stervorming op een laag pitje ligt. Er zijn nu pakweg twee dozijn van die koude quasars bekend en daarvan is CQ 4479 uitgebreid bestudeerd met NASA’s SOFIA airborne observatory, een IR-instrument ingebouwd in een Boeing vliegtuig.

Quasar CQ 4479. Niet bekend is of die wazige rode vlek tegen CQ 4479 aan verbonden is aan de quasar. Credit:
K.C. COOKE ET AL/ARXIV.ORG 2020, SLOAN DIGITAL SKY SURVEY

Het blijkt dat de quasar CQ 4479 ongeveer 20 miljard zonsmassa zwaar is en dat de groei van het 24 miljoen zonsmassa zware zwarte gat – pakweg 0,3 zonsmassa per jaar – gelijke tred houdt met de snelheid waarmee nieuwe sterren zich vormen in de quasar – pakweg 95 zonsmassa per jaar (gelijke tred als je de massa van zwart gat en totale quasar in verhouding neemt). Normaal gesproken hanteren quasars een andere volgorde: eerst treedt de stervorming op, daarna begint het zwarte gat te groeien en stopt de stervorming. Men schat in dat het nog wel een half miljard jaar kan duren voordat het zwarte gat in CQ 4479 stopt met groeien. Dan zal ‘ie gas en stof wegblazen uit het omringende stelsel en dan zal ook de stervorming stoppen, omdat die afhankelijk is van de toevoer van koud gas – ‘shutdown‘ noemen de sterrenkundigen dat. Allison Kirkpatrick (University of Kansas in Lawrence, VS) ontdekten de koude quasars doordat ze röntgenstraling van de quasars zagen, hét kenmmerk van groeiende, gulzige zwarte gaten, maar óók laagenergetische infraroodstraling. hét kenmerk van koud gas om stervorming te krijgen. In dit vakartikel, gepubliceerd in the Astrophysical Journal, werden ze koude quasars genoemd. Men denkt dat de waarnemingen erop duiden dat er wellicht een andere fase mogelijk is in de evolutie van sterrenstelsels. Hier is de intro tot de presentatie die onlangs over de koude quasars werd gehouden tijdens de 237e bijeenkomst van de AAS. Bron: Science News.

Voor het eerst water ontdekt op de zonbeschenen kant van de maan

Montage van SOFIA en een voorstelling van de watermoleculen in rotsen op de maan. Credits: NASA/Daniel Rutter

Gebruikmakend van NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) én de Lunar Reconnaissance Orbiter – óók van de NASA – hebben onderzoekers voor het eerst water ontdekt aan de door zon beschenen kant van de maan. Deze ontdekking betekent dat de maan mogelijk meer water bevat dan gedacht en dat water niet alleen voorkomt in de koude, schaduwrijke diepe kraters bij de polen van de maan. Met SOFIA – een grote Boeing 747 vol met apparatuur, zoals de infraroodtelescoop Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope (FORCAST) – heeft men watermoleculen (H2O) ontdekt in de Clavius krater op het zuidelijk halfrond. De watermoleculen zitten in kleine stukjes glas en in maanstof. Het gaat niet om grote hoeveelheden: in de Sahara woestijn zit vermoedelijk honderd keer zo veel water als dat er op de maan zit. Wel lijkt het er op dat het water ook op andere plekken is dan in de diepe kraters, op plekken waar nooit zon komt en waar het water ook niet kan verdampen. Het moet nog blijken of het water van nut kan zijn bij de bemande ruimtevaart die de NASA van plan is (het doel is nog steeds om in 2024 weer Amerikanen op de maan te krijgen).

Hier het vakartikel over de waarnemingen met SOFIA aan het water op de maan, verschenen in Nature Astronomy. Bron: NASA.

SOFIA telescoop werpt meer licht op evolutie Zwanennevel

Messier 17 ook wel bekend als ‘Zwanen- of Omeganevel’ is een sterrennevel op 5,500 lichtjaar afstand van de aarde in het sterrenbeeld Sagittarius. De nevel heeft een diameter van 15 lichtjaar en is een van de helderste en grootste stervormingsgebieden aan de zuiderhemel in de Melkweg. En, het woord ‘nevel’ impliceert het al, de nevel is vanwege zijn structuur lastig in zijn geheel te observeren, de gas- en stofwolken verhullen de binnenste regionen van de nevel. Maar recent NASA onderzoek door een team astronomen van het SOFIA Science Center o.l.v. Jim De Buizer met behulp van data van de SOFIA telescoop (een NASA / DLR project) wierp meer licht op Messier 17. Lees verder

Magnetische velden spelen belangrijke rol bij vorming spiraalarmen sterrenstelsels

Het patroon van de met SOFIA gemeten magnetische veldlijnen, weergegeven bovenop een visuele foto gemaakt met Hubble van M77. Credits: NASA/SOFIA; NASA/JPL-Caltech/Roma Tre Univ.

Sterrenstelsels zoals ons Melkwegstelsel, de Draaikolknevel (M51) en het Andromedastelsel (M31) zijn in het bezit van spiraalarmen, gevuld met sterren en gas- en stofwolken. Onderzoek van sterrenkundigen met behulp van NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) aan het spiraalstelsel NGC 1068 (Messier 77) laat zien dat magnetische velden een belangrijke rol spelen bij de vorming en instandhouding van de spiraalarmen. Enrique Lopez-Rodriguez en z’n team wisten met het High-resolution Airborne Wideband Camera / Polarimeter (HAWC+) instrument aan boord van het SOFIA-vliegtuig (een Boeing 747SP) de magnetische velden in M77 in kaart te brengen. Dat sterrenstelsel ligt op 47 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Walvis (Cetus). Het onderzoek aan de magnetische beelden laat zien dat de magnetische velden precies het patroon van de spiraalarmen van M77 volgen. De theorie van de zogeheten dichtheidsgolven, waarbij de spiraalarmen geen vast roterende objecten zijn, zoals de bladen van een ventilator, maar dichtheidsgolven van verhoogde zwaartekracht door het sterrenstelsel razen en voor verhoogde stervorming zorgen, lijkt door de waarnemingen te worden bevestigd. De magnetische veldlijnen volgen de gehele lengte van de spiraalarmen in M77 (tot een lengte van wel 24.000 lichtjaar) en dat duidt er op dat het mafgnetische veld in elkaar wordt gedrukt door de zwaartekracht van de dichtheidsgolven. Hier het vakartikel over de waarnemingen, te verschijnen in The Astrophysical Journal. Bron: NASA.

Geïoniseerd koolstofgas in sterrenstelsel blijkt van schuine jet zwart gat te komen

Links een zwart gat in een sterrenstelsel met z’n jets haaks op het stelsel, zoals we dat meestal zien. Rechts de situatie bij HE 1353-1917.HE 1353-1917 Credit: ESA/Hubble&NASA and NASA/SOFIA/L. Proudfit

Sterrenkundigen hebben met behulp van NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), een vliegtuig met infraroodinstrumenten aan boord, een sterrenstelsel ontdekt waarvan het superzware zwarte gat in het centrum de bron blijk te zijn van een hoog gehalte aan geïoniseerd koolstofgas. En da’s best opvallend, want normaal gesproken zijn pasgeboren sterren, die net uit hun warme cocon van gas en stof ‘gekropen’ zijn en die het koolstof produceren. In zichtbaar licht is die emissie van koolstof niet te zien, maar de IR-ogen van SOFIA kunnen dat wel. Met SOFIAS keek men naar vijf nabije sterrenstelsels en bij eentje daarvan – HE 1353-1917 geheten – bleek iets bijzonders aan de hand te zijn. Die bleek tien keer zo veel koolstofgas te bevatten dan de productie van nieuwe sterren in dat stelsel toelaat. Er moet dus naast die sterren nog een andere bron zijn. Met de Field Imaging Far-Infrared Line Spectrometer (FIFI-LS) aan boord van SOFIA werd HE 1353-1917 extra onderzocht en dat leverde als resultaat op dat de jets of straalstromen van het zwarte gat de bron bleken te zijn. Ieder actief zwart gat heeft zo’n jet van zeer energierijke deeltjes, die vanuit z’n magnetische en rotatiepolen de ruimte in schieten. In het geval van de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels staan die jets bijna altijd haaks op het vlak van het sterrenstelsel. Maar niet in het geval van HE 1353-1917, daar schiet de jet voor een deel dwars door het sterrenstelsel heen. De concentratie van geïoniseerd koolstof blijkt het hoogste te zijn in de centrale delen van HE 1353-1917, dáár waar de jet door het stelsel schiet. Het is niet bekend waarom de jets een schuine stand hebben en niet haaks staan op het vlak van het sterrenstelsel. Een artikel over dit bijzondere sterrenstelsel verscheen in het vakblad Astronomy & Astrophysics. Bron: NASA.

Magnetisch veld rondom Sgr A* lijkt dit zwarte gat in toom te houden

Credits: Dust and magnetic fields: NASA/SOFIA; Star field image: NASA/Hubble Space Telescope.

Het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel – Sagittarius A* (kortweg Sgr A), ruim vier miljoen zonsmassa op de kosmische weegschaal – is in vergelijking met andere superzware zwarte gaten in de kernen van andere sterrenstelsels een zeer rustig zwart gat. En dat lijkt volgens onderzoekers het gevolg te zijn van het magnetisch veld in de nabijheid van Sgr A. Met behulp van de ‘High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus’ (HAWC+), een instrument aan boord van NASA’s Boeing 747SP ‘Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy‘ (SOFIA) keek men naar dat magnetische veld rondom Sgr A*. Normaal gesproken zie je zo’n magnetisch veld niet, maar met dat HAWC+ instrument kan men in het verre infrarood gepolariseerd licht zien en dat wordt uitgezonden door stofdeeltjes in het centrum van de Melkweg. Die stofdeeltjes zijn geladen en zij volgen de magnetische veldlijnen, die via het gepolariseerde licht te volgen zijn. Zodoende heeft men met HAWC+ het magnetische veld rondom Sgr A* in kaart gebracht – zie de afbeelding hierboven. Eerder was door SOFIA al een ring van gas en stof rondom Sgr A* in beeld gebracht, op die foto is dat de roodbruingekleurde ring. En nu dan dus de magnetische veldlijnen, aangegeven met de gekromde lijnen in de foto.

NASA’s SOFIA observatorium. Credit: NASA.

Dat veld blijkt in de nabijheid van Sgr A* een Y-vorm te hebben, hetgeen in de foto te zien is als het blauwgekleurde gedeelte. Het blijkt dat het magnetisch veld er voor zorgt dat materie in de vorm van plasma (elektrisch geladen gas) dat richting Sgr A* stroomt door dat magnetisch veld in die ring wordt getunneld en dat het niet in het zwarte gat zelf belandt. Daardoor blijft het zwarte gat verstoken van materie en vertoont het geen of weinig activiteit. Bij andere superzware zwarte gaten lijkt precies het omgekeerde het geval te zijn: daar tunnelt het magnetisch veld het aanstromende plasma linea recta in het zwarte gat en dat wordt daardoor actief. In die door HAWK+ waargenomen Y vorm zie ik overigens een overeenkomst met een gebied van röntgenstraling, die door de Chandra ruimtetelescoop ook vlakbij Sgr A* is ontdekt (al in 2013) en die je op de foto hieronder ziet – zien jullie ook de overeenkomst?

Eh… over het magnetisch veld van de Melkweg gesproken: enkele maanden terug werd een ander deel van dat veld driedimensionaal in kaart gebracht. Bron: NASA.

Water, water en nog eens water

Credit: JAXA

Kort drie nieuwsberichten over water in het zonnestelsel.

  • Ten eerste hebben kosmoscheikundigen – jawel, die bestaan ook – van de Arizona State University in monsters verzameld met behulp van de Japanse Hayabusa sonde op het oppervlak van de planetoïde Itokawa (zie de afbeelding hierboven) water aangetroffen. Momenteel is de Haybusa 2 bezig met onderzoek aan de Ryugu planetoïde, maar diens voorganger Hayabusa deed dat jaren geleden ook al bij die andere planetoïde en de verzamelde monsters zijn in 2010 naar de aarde teruggebracht. Vijf minuscule bodemmonsters zijn onderzocht met een gevoelige massaspectrometer en twee ervan blijken water te bevatten, met dezelfde isotopische samenstelling als dat van aards water. Veel wetenschappers denken dat het aarde op aarde afkomstig is van planetoïden, die in de vroege periode van het zonnestelsel insloegen op aarde, dus deze metingen steunen die theorie. Bron: Science Daily.
  • Dan is er onderzoek van onder andere de Universiteit van Hawaï dat laat zien dat er ook op de maan water kan worden gevormd. Dat blijkt te kunnen in een proces dat drie factoren telt: de hoogenergetische deeltjes van de zonnewind, dat zijn vooral protonen, de mineralen op het maanoppervlak, zoals olivijn, en inslagen van micrometeorieten. Bij experimenten in het laboratorium kon men de synergie tussen die drie nabootsen en er blijkt bij voldoende hoge temperaturen deuterium (zwaar waterstof) te kunnen ontstaan. Bron: Universiteit van Hawaï.
  • Tenslotte hebben onderzoekers van de NASA met behulp van het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), een vliegtuig van waaruit waarnemingen kunnen worden verricht, de komeet Wirtanen bestudeerd, die in december 2018 z’n dichtste nadering tot de aarde had, en daaruit komt naar voren dat Wirtanen waterstof uitstoot dat lijkt als twee druppels op dat in onze oceanen, ha what’s in a name.

    Credits: NASA/SOFIA/L. Cook/L. Proudfit

    Zoals eerder ook al naar voren kwam in het onderzoek bij de komeet 67P is van belang welke soort water objecten bevatten. Bij de metingen gaat het om de ‘smaak’ van water, weergegeven in de verhouding tussen deuterium (waterstof met een extra neutron) en waterstof, de zogeheten isotopenverhouding D/H. 67P bleek een andere soort water te bevatten dan de aarde, maar dat van Wirtanen, die een ‘hyperactieve komeet’ is, blijkt dus hetzelfde te zijn. En dat zou dan weer steun zijn voor de theorie dat – naast planetoïden – kometen bij hebben gedragen aan het water op aarde. Maar wat verklaart dan het verschil tussen het water van 67P en van Wirtanen? Dat zou met dat hyperactieve karakter te maken kunnen hebben, waarbij het water van Wirtanen uit diepere delen van de komeetkern komt, terwijl het water van 67P meer van dicht bij het oppervlak kwam. Bron: NASA.

Eerst gevormde molecuul in het universum waargenomen

Na een decennialange zoektocht hebben astronomen van het Max Planck Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn o.l.v. Rolf Güsten, eindelijk het allereerste molecuul gevonden dat ooit in het universum is gevormd. Het helium hydride-ion (HeH +) is lange tijd een belangrijk theoretisch onderdeel geweest van hoe de chemie van de kosmos begon, maar de schijnbare afwezigheid in de ruimte had wetenschappers toch de nodige twijfels bezorgd. Nu is het eerste ondubbelzinnige bewijs gevonden van het molecuul in een planetaire nevel. Kort na de oerknal domineerden waterstof en helium het jonge universum. Uiteindelijk werden neutrale heliumatomen gecombineerd met geïoniseerd waterstof om HeH + te vormen, wat mogelijk het eerste type molecuul zou zijn geweest uit de beschikbare ingrediënten. Dat opende op zijn beurt weer verschillende combinaties die geleidelijk aan de chemische bibliotheek vormen zoals tot op heden ons bekend.

Lees verder