Nee, aliens hebben geen boodschappen gestuurd naar Wolf 359

Impressie van Wolf 359 en een planeet daarbij. Credit: David A. Aguilar

Juni dit jaar had ik een Astroblogs over welgeteld 2034 stersystemen waarvan intelligente beschavingen op denkbeeldige planeten in die systemen de aarde voor de zon langs kunnen zien schuiven. Eén van die systemen is de bekende ster Wolf 359, een rode dwergster van spectraalklasse M in het sterrenbeeld Leeuw bij de ecliptica, met een afstand van 7,9 lichtjaar één van de meest nabije sterren. Wolf 359 figureert ook in één van de Star Trek films. Hieronder zie je een kaartje waarop de positie van Wolf 359 is weergegeven.

Credit: Torsten Bronger.

Periodiek staan zon, aarde, Wolf 359 en een hypothetische planeet bij Wolf 359 (waarvan er twee kandidaten zijn, Wolf 359b en c) dus op één lijn. Dat maakt het mogelijk om de twee sterren te hanteren als zogeheten zwaartekrachtlens, de zon als Solar Gravity Lens (SGL) voor de aarde en Wolf 359 voor die hypothetische planeet – lees deze Astroblogs voor de details van die zwaartekrachtlenzen om exoplaneten in zeer hoge resolutie te bekijken. Recent hebben twee sterrenkundigen, Michaël Gillon (Universiteit van Luik) en Artem Burdanov (Massachusetts Institute of Technology) een vakartikel gepubliceerd dat ons vertelt over de waarnemingen die ze hebben gedaan communicatie naar Wolf 359 toe met twee robottelescopen, de TRAPPIST-South en SPECULOOS-South. Wat ze met hun onderzoek te weten wilden komen is of er dankzij die perfecte uitlijning van aarde, zon en Wolf 359 gezien vanaf de aarde specifieke optische signalen te zien zouden zijn die vanaf een positie in de buurt van ons zonnestelsel door een intelligente buitenaardse beschaving uitgezonden zijn náár Wolf 359 toe – ik heb de crux van dit verhaal even geaccentueerd. Als dergelijke beschavingen bestaan zijn ze wellicht op meerdere plekken in het Melkwegstelsel te vinden en communiceren ze met elkaar via zogeheten Focal Interstellar Communication Devices (FICD’s), waarbij die versterkende werking van de zwaartekrachtlenzen wordt gebruikt. Als er dan één zo’n buitenaardse beschaving in de buurt van het zonnestelsel gedurende een transitie contact zou maken met de moederplaneet via een FICD zouden wij dat moeten kunnen zien, aldus Gillon en Burdanov (zie de afbeelding hieronder).

Schematische weergave van een FICD links, de zon in het midden en rechts Wolf 359, 1 is z’n positie op het moment dat wij op aarde de signalen zien, 2 de huidige positie van Wolf 359 en 3 z’n positie als de signalen van de FICD daar aankomen. Credit: Gillon & Burdanov.

Met de gebruikte telescopen konden ze in theorie optische signalen vanaf een communicerende FICD op een afstand van 663 AE (Astronomische Eenheid, de afstand aarde-zon) zien die een energie van minstens 1 Watt hadden, hetgeen neer komt op ongeveer 3 x 10¹¹ fotonen per seconde. De ontvanger bij Wolf 359 zou dan op 118 AE van die ster moeten staan. Eén van de transities vond plaats in de nacht van 4 op 5 september 2015 tussen 23h24 UT en 10h13 UT. Het resultaat van de waarnemingen: niets, nadah, geen signaal van een FICD bij het zonnestelsel naar Wolf 359 toe. Dat betekent natuurlijk niet dat er geen intelligente beschavingen op een planeet bij die ster kunnen zijn, wel dat ze op dat moment geen communicatiesignalen ontvingen vanuit een FICD van ruimtereizigers bij ons in de buurt of dat de sterkte van het signaal minder was dan de waarneemdrempel. Bron: Centauri Dreams.

Nog even over die ‘gesmolten ring’

Credit: ESA/Hubble & NASA, S. Jha

December vorig jaar net na de Kerst had ik hier het bericht over GAL-CLUS-022058s, een sterrenstelsel mét zwaartekrachtlens gelegen in het zuidelijke sterrenbeeld Oven (Fornax), beter bekend onder z’n bijnaam, de gesmolten ring. De foto van dat sterrenstelsel is onlangs nader bestudeerd en dat heeft meer informatie opgeleverd over het ‘gelensde’ sterrenstelsel, gelegen achter GAL-CLUS-022058s, dat door de zwaartekrachtwerking als een verbogen, gesmolten ring te zien is. Die analyse heeft laten zien dat dat achterliggende stelsel maar liefst 9,4 miljard lichtjaar van ons verwijderd is (roodverschuiving z=1,47) Dat kon men vaststellen dankzij de moleculaire wolken in het gelensde stelsel, waarin nieuwe sterren worden geboren en waarvan men de roodverschuiving kon meten. Dankzij zo’n zwaartekrachtlens, waarvan het bestaan werd voorspeld door Albert Einstein op grond van z’n Algemene Relativiteitstheorie uit 1915, wordt niet alleen het licht van zo’n achterliggend sterrenstelsel verbogen, maar ook versterkt. De analyse van de foto heeft laten zien dat het beeld van het stelsel maar liefst twintig keer versterkt is. Dat heeft er voor gezorgd dat Hubble in dit geval net zo goed werk deed als mogelijk is met een 48 meter (!) telescoop vanaf de aarde. Hier het vakartikel over de nadere analyse van de foto van de gesmolten ring.

Bron: ESA/Hubble.

Supernova Requiem zagen we drie keer in 2016 en in 2037 zien we ‘m vermoedelijk weer

Links in de cirkels de drie beeldjes van supernova Requiem in 2016. Recht in de gele cirkel bovenin de plek waar de supernova in 2037 vermoedelijk te zien zal zijn. Credits: IMAGE PROCESSING: Joseph DePasquale (STScI)

Ze noemen ‘m supernova Requiem, de supernova die in 2016 door Hubble ontdekt werd in de cluster van sterrenstelsels MACS J0138.0-2155, vier miljard lichtjaar van ons vandaan. De supernova zelf bevindt zich nog verder van de aarde, die staat op maar liefst tien miljard lichtjaar, vanaf de aarde gezien recht achter die cluster. Ik heb er eerder over geschreven, maar toen had de supernova nog geen officiële naam, behalve de catalogusnaam AT2016jka. Nu dus wel, genoemd naar het Hubble programma REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM), dat bedoeld is om ver verwijderde sterrenstelsels te bestuderen, waarvan het licht door middel van zwaartekrachtlenzen van tussenliggende (clusters van) sterrenstelsels versterkt en verbogen wordt. Hieronder wat ik eerder over de supernova schreef.

Het gaat hier om supernova AT2016jka, die in 2016 door de Hubble telescoop werd ontdekt. Deze supernova vond plaats in MRG-M0138, een sterrenstelsel dat ‘quadruply lensed’ is, dat wil zeggen dat ‘ie door een tussen de aarde en het sterrenstelsel staande cluster van sterrenstelsels in maar liefst vier verschillende beelden is vervormd. MRG-M0138 zien we vier keer, omdat de ruimte door massa van de cluster genaamd MAC J0138.02155 verbogen wordt en daardoor wordt het licht van MRG-M0138, dat áchter MAC J0138.02155 gelegen is, maar liefst in vier verschillende beelden gesplitst, vier kleine geelgekleurde boogjes van licht – zie de afbeelding hieronder voor hoe dat in principe ontstaat en de foto bovenaan hoe dat er in werkelijkheid uitziet.

Zo werkt een zwaartekrachtlens. Credit: NASA and ESA

In drie van de vier boogjes zagen sterrenkundigen dus in 2016 een supernova (zie afbeelding helemaal bovenaan, SN1 t/m 3, bij SN4 is niets te zien), net zoals sterrenkundigen in 2014 én 2015 ook vijf keer supernova Refsdal zagen. Na SN Refsdal is nog zo’n meervoudig gelensde supernova gezien, dus AT2016jka is de derde in z’n soort. En nou dus de voorspelling: een team van sterrenkundigen onder leiding van Steven Rodney (University of South Carolina) en Gabriel Brammer (University of Copenhagen) heeft berekend dat het licht in de vierde boog van MRG-M0138 er wat langer over doet om de aarde te bereiken en dat ergens rond 2037 (± enkele jaren) het licht van AT2016jka bij ons zal arriveren, ruim twintig jaar nadat het licht van de andere bogen met AT2016jka ons bereikten

Over die tweede toemomstige wederverschijning van SN Requiem is inmiddels ook meer bekend. Dat zal vermoedelijk in 2042 gebeuren. Maar Rodney en Brammer denken dat die zo zwak zal zijn dat ze ‘m niet kunnen zien. De marge over de verschijning in 2037 is ± 2 jaar. Gisteren is er een artikel verschenen over SN Requiem in Nature Astronomy. Bron: NASA

Hubble ziet een vijfvoudige quasar

Credit: ESA/Hubble & NASA, T. Treu.

Zo op het oog denk je dat je op de foto hierboven in het midden zes heldere stippen ziet. Twee in het midden en vier in de ring eromheen. Hubble heeft het kosmische tafereel gefotografeerd en wel met z’n Wide Field Camera 3 (WFC3). Nou klopt het dat je in die ring vier stippen ziet en dat zijn niet vier afzonderlijke objecten, nee het is maar één object en wel de quasar genaamd 2M1310-1714. Die staat ver achter de twee stippen in het midden, twee sterrenstelsels vlak bij elkaar die precies tussen de quasar en de aarde in staan en die met hun massa de ruimte er omheen verbuigen en die daarmee zorgen voor afbuiging én versterking van het licht van de quasar. Daardoor wordt dat beeld van de quasar in meerdere beeldjes gesplitst. Maar feitelijk zijn het niet vier beeldjes die gecreëerd zijn door de zwaartekrachtlens, nee het zijn er vijf! Dat vijfde beeld van de quasar moet je even zoeken: hij staat precies tussen de twee sterrenstelsels in het midden van de lens. Bekijk de foto in z’n grootste resolutie en je ziet dat vijfde beeldje al een vaag stipje precies tussen de twee stipjes van de sterrenstelsels. Bron: NASA.

Een supernova die we in 2016 al drie keer zagen en rond 2037 weer een keer, kan dat?

Credit: Rodney, Brammer et al.

Een supernova die we in 2016 al drie keer zagen – nee, niet één supernova die door drie waarnemers werd waargenomen, het ging om één en dezelfde supernova die de sterrenkundigen drie keer zagen. En ergens rond 2037 gaan we ‘m waarschijnlijk voor de vierde keer zien. Drie keer één en dezelfde supernova zien en over pakweg 16 jaar nog een keertje, kan dat? Jazeker het kan. En het is niet eens zo héééél bijzonder. Het gaat hier om supernova AT2016jka, die in 2016 door de Hubble telescoop werd ontdekt. Deze supernova vond plaats in MRG-M0138, een sterrenstelsel dat ‘quadruply lensed’ is, dat wil zeggen dat ‘ie door een tussen de aarde en het sterrenstelsel staande cluster van sterrenstelsels in maar liefst vier verschillende beelden is vervormd. MRG-M0138 zien we vier keer, omdat de ruimte door massa van de cluster genaamd MAC J0138.02155 verbogen wordt en daardoor wordt het licht van MRG-M0138, dat áchter MAC J0138.02155 gelegen is, maar liefst in vier verschillende beelden gesplitst, vier kleine geelgekleurde boogjes van licht – zie de afbeelding hieronder voor hoe dat in principe ontstaat en de foto bovenaan hoe dat er in werkelijkheid uitziet.

Zo werkt een zwaartekrachtlens. Credit: NASA and ESA

In drie van de vier boogjes zagen sterrenkundigen dus in 2016 een supernova (zie afbeelding helemaal bovenaan, SN1 t/m 3, bij SN4 is niets te zien), net zoals sterrenkundigen in 2014 én 2015 ook vijf keer supernova Refsdal zagen. Na SN Refsdal is nog zo’n meervoudig gelensde supernova gezien, dus AT2016jka is de derde in z’n soort. En nou dus de voorspelling: een team van sterrenkundigen onder leiding van Steven Rodney (University of South Carolina) en Gabriel Brammer (University of Copenhagen) heeft berekend dat het licht in de vierde boog van MRG-M0138 er wat langer over doet om de aarde te bereiken en dat ergens rond 2037 (± enkele jaren) het licht van AT2016jka bij ons zal arriveren, ruim twintig jaar nadat het licht van de andere bogen met AT2016jka ons bereikten. Er wordt zelfs nog een vijfde beeld van de supernova voorspeld (SN5 in de foto hierboven), maar of die te zien is en wanneer is nog onzeker. Nou, in ieder geval zal men MRG-M0138 ergens vanaf 2035 goed in de gaten gaan houden. Hier het vakartikel over de  berekeningen aan AT2016jka. Bron: Universe Today.

Veel viervoudige quasars ontdekt met behulp van kunstmatige intelligentie

Vier van de ontdekte viervoudige quasars. De namen zijn verzonnen door Stern’s team. Credit: The GraL Collaboration

Een team van sterrenkundigen heeft gebruikmakend van kunstmatige intelligentie een dozijn quasars ontdekt, die door de werking van een zwaartekrachtlens tussen de quasar en de aarde in beeld verviervoudigd zijn. Afgelopen veertig jaar waren al een stuk of vijftig van die viervoudige quasars bekend, maar dat aantal is in slechts 1,5 jaar tijd met 20% toegenomen door een team sterrenkundigen onder leiding van Daniel Stern (Jet Propulsion Laboratory). Zijn team keek met een methode van machinaal leren, genaamd Centaurus’ Victory, naar gegevens die verzameld zijn door talloze instrumenten, zoals de Europese Gaia ruimtetelescoop en NASA’s Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Dat leverde de ontdekking op van twaalf ‘quadruply-imaged quasars’ op, ook wel ‘quads’ genoemd. Het zijn niet echt vier quasars die vlak bij elkaar staan, maar het is slechts één quasar, waarvan het beeld door de zwaartekrachtwerking van een sterrenstelsel precies tussen de quasar en de aarde in vieren wordt gesplitst (zie de afbeelding hieronder).

Zo ontstaat een viervoudige quasar. Credit: R. Hurt (IPAC/Caltech)/The GraL Collaboration

Men wil de viervoudige quasars gaan gebruiken om meer te weten te komen over de snelheid waarmee het heelal uitdijt. Zoals bekend is er de zogeheten Hubble-spanning, waarbij er verschil is in de waarde van de snelheid waarmee het heelal uitdijt op basis van waarnemingen aan het vroege heelal en het huidige heelal. De quasars zitten tussen het vroege en huidige heelal in en kunnen daarmee mogelijk een brug slaan tussen de twee uiteenlopende waarden. Hier het vakartikel van Stern et al, at gepubliceerd gaat worden in the Astrophysical Journal. Bron: CalTech.

Hubble ziet een ‘gesmolten ring’

Credit: ESA/Hubble & NASA, S. Jha; Acknowledgment: L. Shatz

Zie hier GAL-CLUS-022058s, een sterrenstelsel mét zwaartekrachtlens gelegen in het zuidelijke sterrenbeeld Oven (Fornax). De foto is gemaakt met ESA/NASA’s Hubble ruimtetelescoop en hij laat een prachtig exemplaar zien van een ‘Einstein ring’, een complete cirkelvormige zwaartekrachtlens. Het was Albert Einstein die als eerste het idee van zwaartekrachtlenzen opperde op grond van z’n Algemene Relativiteitstheorie (1915): licht van een ver verwijderd object, bijvoorbeeld een sterrenstelsel of quasar, kan worden versterkt en verbogen door een tussenliggend sterrenstelsel dat precies tussen de aarde en het ver verwijderde object gelegen is. Het tussenliggende stelsel werkt dan als een natuurlijke lens, net zoals een lens in een telescoop het licht afbuigt naar het brandpunt. Door z’n uiterlijk en ligging in het sterrenbeeld Oven wordt de lens van GAL-CLUS-022058s door sterrenkundigen ook wel de ‘gesmolten ring’ genoemd. Een treffende naam, nietwaar? Bron: NASA.

Afbuigend sterrenlicht meet uitdijing heelal

Sterlicht bereikt de aarde via verschillende routes. Credit: David Harvey/Universiteit van Leiden

Het is een van de grote debatten in de kosmologie: het heelal dijt uit, maar hoe snel precies? Twee beschikbare meetmethoden leveren verschillende resultaten op. Een derde, onafhankelijke meetmethode gebaseerd op het afbuigen van licht door sterrenstelsels, is verbeterd door Leidse natuurkundige David Harvey.

We weten al bijna een eeuw dat het heelal uitdijt. Astronomen zagen dat licht van verre sterrenstelsels een lagere golflengte heeft dan sterrenstelsels dichterbij. Hun lichtgolven lijken opgerekt, ofwel roodverschoven, wat betekent dat die sterrenstelsels van ons af bewegen.

We weten hoe ver weg die sterrenstelsels staan door hun lichtsterkte. Bepaalde supernova’s, exploderende sterren, hebben een vaste helderheid die we goed kunnen voorspellen. Dat maakt het mogelijk om de afstand te schatten: hoe verder het sterrenstelsel, hoe minder helder de supernova lijkt. 

Deze afstand is weer te koppelen aan de roodverschuiving, of snelheid, wat een maat oplevert voor de uitdijing van het heelal, de Hubble-constante: voor iedere megaparsec afstand (een parsec is 3.3 lichtjaar) neemt de snelheid waarmee de sterrenstelsels van ons af bewegen toe met 73 kilometer per seconde.

Als de zwaartekrachtlens niet helemaal in het midden staat, is één route langer. Credit: David Harvey/Universiteit van Leiden

Zwaartekrachtlenzen

Maar een andere meting levert een andere waarde op. Steeds preciezere metingen van de kosmische achtergrondstraling, een overblijfsel van het heelal in zijn baby-jaren, levert een Hubble-constante op van 67 kilometer per seconde per megaparsec.

Hoe is dat mogelijk? Waar komt dat verschil vandaan? En zou dit verschil  misschien iets nieuws aan het licht kunnen brengen over de natuurkunde achter de uitdijing? ‘Dit is waarom een derde type meting nu aandacht krijgt, onafhankelijk van die andere twee’, zegt natuurkundige David Harvey, ‘dat zijn zwaartekrachtlenzen.’

Harvey publiceerde een artikel in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society over verbeteringen van deze methode.

Variaties in het sterlicht arriveren op verschillende momenten, waardoor de afstand gemeten kan worden. Credit: David Harvey/Universiteit van Leiden

Einstein

Albert Einsteins Algemene Relativiteitstheorie voorspelt dat een massaconcentratie, zoals een sterrenstelsel, licht kan afbuigen, zoals een lens. Als zo’n sterrenstelsel precies voor een heldere lichtbron staat, wordt het licht er omheen gebogen, zodat het de aarde bereikt via verschillende routes. Dit geeft dan twee, of soms zelfs vier, afbeeldingen van dezelfde lichtbron. 

In 1964 had de Noorse astrofysicus Sjur Refsdal een inval: als het tussenliggende lens-sterrenstelsel niet helemaal precies in midden ligt, is één van die routes langer dan de andere. Dat betekent dat het licht daar ook langer over doet. Dus als er een variatie is in de helderheid van de lichtbron, zal deze oprisping in één van de afbeeldingen eerder zichtbaar zijn dan in de andere. Het tijdsverschil zou kunnen oplopen tot dagen, weken, of zelfs maanden.

Het tijdsverschil, liet Refsdal zien, kunnen astronomen geburiken om afstanden naar de bron te berekenen. In combinatie met de roodverschuiving van de bron, geeft dat een derde meting van de Hubble-constante, onafhankelijk van de andere twee.

Een vergelijking tussen afstand en roodverschuiving/snelheid, bepaald de Hubble-constante. Credit: David Harvey/Universiteit van Leiden.

HoliCOW

De onderzoekssamenwerking HoliCOW heeft zes van deze lenzen langere tijd gemeten, en kwam op een Hubble-constante van ongeveer 73, in overeenstemming met de supernova-metingen. Maar er zijn complicaties: ook de massa van het lens-sterrenstelsel heeft invloed op het tijdsverschil, afhankelijk van de precieze massaverdeling. ‘Die verdeling moet je modelleren, maar er blijven veel onbekende factoren over.’ Deze onzekerheden beperken de onzekerheid van deze meettechniek.

Dit moet veranderen met het online komen van een nieuwe telescoop in Chili in 2021, die de complete sterrenhemel elke paar nachten in kaart brengt. Dit zogeheten Vera Rubin-observatorium zal naar verwachting duizenden dubbele gelensde bronnen ontdekken, en daarmee de mogelijkheid om de Hubble-constante verder te preciseren.

 

 

Duizenden zwaartekrachtlenzen

Harvey: ‘Het probleem is alleen dat het modelleren van al die verschillende lens-sterrenstelsels onmogelijk is met de beschikbare rekenkracht.’ In plaats daarvan ontwikkelde Harvey een methode om het gemiddelde effect te berekenen van de massa-verdelingen van duizenden zwaartekrachtlenzen.’

‘Op die manier zijn individuele details van zwaartekrachtlenzen niet zo belangrijk, en je hoeft ze niet allemaal los te simuleren. Je modelleert eigenlijk de complete populatie aan zwaartekrachtlenzen’, zegt Harvey.

‘In het paper laat ik zien dat deze aanpak de foutmarge in de Hubble-constante terug kan brengen naar 2 procent als je tegen de duizenden sterrenstelsels meeneemt.’

Deze foutenmarge maakt het mogelijk een vergelijking te maken tussen de verschillende Hubble-constanten, en helpt misschien zelfs het verschil te begrijpen. ‘En als je onder die 2 procent wil duiken, moet je het model nog verder verbeteren met betere simulaties’, zegt Harvey, ‘ik verwacht dat dat goed mogelijk is.’

Bron: Universiteit van Leiden.

Zwaartekrachtgolven vervormen door zwaartekrachtlenzen en ze hebben wellicht een tweede ‘piep’

Animatie van zwaartekrachtgolven. Credit: ESA–C.Carreau

Sinds de eerste detectie van zwaartekrachtgolven in 2015 zijn deze rimpels in de ruimte een bekend fenomeen geworden. Met de LIGO- en Virgo-detectoren in de VS resp. Italië worden met regelmaat zwaartekrachtgolven gedetecteerd, die meestal veroorzaakt zijn door botsingen en samensmeltingen van twee zwarte gaten. Recent zijn twee onderzoeken verschenen, die interessant zijn om kennis van te nemen.

  • Het eerste onderzoek is van Riccardo Buscicchio et al. “Constraining the lensing of binary black holes from their stochastic background.” Physical Review Letters 125.14 (2020): 141102. Van licht weten we dat dit af kan buigen in de buurt van massa. Licht bijvoorbeeld van ver weg staande quasars buigt af én versterkt als het tussen de aarde en de cluster liggende clusters van sterrenstelsels passeert. Dat levert zwaartekrachtlenzen op. Niet alleen licht buigt af door de gekromde ruimte rondom zo’n cluster, óók zwaartekrachtgolven kunnen afbuigen. En dat is wat Riccardo Buscicchio en z’n team deden: kijken of ze in de gegevens van de tot nu toe waargenomen zwaartekrachtgolven kunnen zien of deze wellicht ook verbogen zijn door een tussenliggend sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsel. Resultaat van het onderzoek is dat ze een dergelijk effect niet hebben kunnen vinden (al dachten ze vorig jaar wel even zo’n zwaartekrachtlens van een zwaartekrachtgolf te hebben gezien).
  • Het tweede onderzoek gaat over de welbekende ‘chirp‘ (piep) van botsende zwarte gaten. Als ze de zwaartekrachtgolven omzetten in geluid is het laatste wat je hoort de hoogfrequente piep, het moment aangevend dat de twee zwarte gaten samensmelten tot één zwart gat. Onderzoek van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) laat zien dat er mogelijk niet één piep is, maar dat er nog een tweede piep volgt. Een team dat onder leiding stond van Juan Calderón Bustillo (OzGrav) heeft computersimulaties van botsingen van zwarte gaten uitgevoerd en daaruit komt naar voren dat de signalen van de zwaartekrachtgolven veel rijker en complexer zijn dan eerst werd aangenomen. Als zo’n botsing van bovenaf wordt waargenomen volgt er maar één piep, maar als we ‘m vanaf de zijkant zien (zoals in onderstaande schets) dan blijkt er een tweede piep te volgen, mogelijk zelfs meerdere piepen, die steeds zwakker worden.

    Credit: C. Evans, J. Calderón Bustillo

    Zo’n tweede piep is nog niet waargenomen met LIGO en Virgo, maar dat komt omdat de tweede piep zwakker is en het al heel lastig is de ‘hoofdpiep’ te detecteren. Verder blijkt uit de simulaties dat als de twee zwarte gaten een sterk afwijkende massa hebben het samengevoegde zwarte gat eventjes de vorm heeft van een kastanje, met een kleine uitstulping (Engels: ‘cusp’, zie afbeelding hieronder).

    De walnoot vorm van een zwart gat, dat gevormd is uit twee ongelijke zwarte gaten. Geel is het gebied met de sterkte productie van zwaartekrachtgolven. Credit: C. Evans, J. Calderón Bustillo

    Hier het vakartikel over de verschillende piepen van de zwaartekrachtgolven, verschenen in Nature.

Bron: voor het eerste bericht Universe Today en voor het tweede bericht Phys.org.

Hubble en de VLT laten zien dat er iets ontbreekt aan onze kennis van donkere materie

MACS 1206. Credit: NASA, ESA, G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), P. Natarajan (Yale University), the CLASH team, and M. Kornmesser (ESA/Hubble)

Ook al kunnen we donkere materie niet direct zien, toch hebben sterrenkundigen dankzij indirecte waarnemingen, zoals aan de rotatiesnelheid van sterrenstelsels en zwaartekrachtlenzen, een aardig beeld van wat donkere materie zou moeten zijn. Maar nu blijkt uit waarnemingen gedaan met de Hubble ruimtetelescoop en de Very Large Telescopes (VLT) in Chili dat dit beeld toch niet volledig is, dat er een belangrijk ingrediënt lijkt te missen. En het zijn juist die zwaartekrachtlenzen – verbuigingen van het licht van zeer ver verwijderde sterrenstelsels door zware clusters van sterrenstelsels tussen ons en dat verre sterrenstelsel in – die de sterrenkundigen dat laten zien. Wat is het geval: een internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van Massimo Meneghetti (INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna in Italië) heeft met Hubble en de VLT drie clusters van sterrenstelsels bestudeerd, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 en Abell S1063 om precies te zijn, de eerste van deze drie zie je hierboven en hieronder.

Het cluster MACSJ 1206. In de uitvergrotingen details van zwaartekrachtlenzen rondom individuele sterrenstelsels van het cluster. Credit: NASA, ESA, G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), P. Natarajan (Yale University), and the CLASH team.

Ver achter die clusters gezien vanaf de aarde staan sterrenstelsels, waarvan het licht door die clusters wordt verbogen. Clusters van sterrenstelsels bestaan uit gewone materie, maar ook uit de niet zichtbare donkere materie. Die totale som van materie zorgt voor de afbuiging van het licht van erachter liggende sterrenstelsels. Nou ja, feitelijk wordt niet het licht verbogen, maar zorgt de massa ervoor dat de ruimte wordt verbogen en daardoor buigt ook het licht met die ruimte af én wordt de intensiteit van het licht versterkt, net zoals bij een telescooplens gebeurt. Door de afbuiging van ruimte/licht ontstaan er allerlei boogjes van het erachter liggende sterrenstelsel, de zwaartekrachtlenzen (een effect dat reeds door Einstein op basis van z’n Algemene Relativiteitstheorie was voorspeld). In onderstaande grafiek zie je hoe dat werkt.

Zo werkt een zwaartekrachtlens. Credit: NASA and ESA

Nou zorgt niet alleen de totale massa van het cluster voor afbuiging van het licht, maar dat doen ook de afzonderlijke sterrenstelsels van het cluster. En dat is precies wat geleid heeft tot de constatering dat er waarschijnlijk iets mist aan de kennis die we hebben van donkere materie. Het blijkt namelijk dat die afzonderlijke sterrenstelsels, waaromheen zich kleine opeenhopingen van donkere materie bevindt, zwaartekrachtlenzen produceren die maar liefst tien keer zo groot zijn als voorspeld door de modellen. Die theoretische modellen kloppen dus kennelijk niet, het vermoeden bestaat dat er een belangrijk ingrediënt van donkere materie ontbreekt.

Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de drie clusters, dat vandaag verschenen is in Science. Bron: Hubble.