Astronomen hebben een enorme populatie gigantische halo’s van waterstofgas ontdekt rond jonge sterrenstelsels in het vroege heelal. Het gaat om meer dan 33.000 zogeheten Lyman-alfa-nevels, een vertienvoudiging van het aantal dat tot nu toe bekend was. De vondst werpt nieuw licht op een cruciale groeifase van sterrenstelsels.
De halo’s dateren uit een periode van 10 tot 12 miljard jaar geleden, ook wel bekend als de Cosmic Noon. In deze fase groeiden sterrenstelsels razendsnel. Daarvoor hadden ze enorme hoeveelheden waterstofgas nodig, de belangrijkste bouwsteen voor nieuwe sterren. Toch waren tot voor kort slechts enkele van deze gasreservoirs bekend.
Alledaags verschijnsel
Dankzij het Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) zijn er nu veel meer gevonden. Het aantal bekende halo’s is gestegen van ongeveer 3000 naar meer dan 33.000. Daarmee lijken deze structuren geen zeldzame uitzonderingen meer, maar een algemeen verschijnsel in het jonge heelal.
“We hebben de afgelopen twintig jaar steeds dezelfde kleine groep objecten geanalyseerd”, zegt hoofdonderzoeker Erin Mentuch Cooper. “HETDEX stelt ons in staat om veel meer van deze halo’s te vinden en hun vormen en afmetingen te meten. Het heeft ons echt geholpen een indrukwekkende statistische catalogus op te bouwen.”
Moeilijk zichtbaar
Dat deze halo’s zo lang verborgen bleven, is niet verrassend. Waterstofgas zendt zelf geen licht uit en is daardoor lastig te detecteren. Alleen wanneer er straling op schijnt van energierijke bronnen, zoals sterrenstelsels vol UV-stralende sterren, gaat het zwak oplichten.
Eerdere onderzoeken konden alleen de helderste en meest extreme voorbeelden waarnemen. Tegelijkertijd waren veel waarnemingen zo sterk ingezoomd dat grotere structuren buiten beeld vielen. Het gevolg: een groot deel van de populatie bleef onopgemerkt.
Enorme dataset
HETDEX brengt daar verandering in. Met behulp van de Hobby-Eberly Telescope in Texas worden de posities van meer dan een miljoen sterrenstelsels in kaart gebracht. Daarbij is niet alleen naar de sterrenstelsels zelf gekeken, maar ook naar de ruimte ertussen.
“We hebben bijna een halve petabyte aan gegevens verzameld, niet alleen over deze sterrenstelsels maar ook over de gebieden die ertussen liggen”, zegt Karl Gebhardt, hoofdonderzoeker van HETDEX. “Onze waarnemingen bestrijken een deel van de hemel dat groter is dan 2000 volle manen. De schaal is enorm en ongeëvenaard.”
Ook de gebruikte instrumenten leveren een ongekende hoeveelheid informatie op. “De Hobby-Eberly Telescope is een van de grootste telescopen ter wereld”, zegt Dustin Davis, medeauteur van de studie. “En het instrument dat HETDEX levert bij elke waarneming 100.000 spectra op. We beschikken dus over enorme hoeveelheden data en daarin liggen allerlei interessante, leuke en onverwachte ontdekkingen te wachten.”
Kosmische ‘amoeben’
De nieuw ontdekte halo’s zijn indrukwekkend groot: ze variëren van tienduizenden tot honderdduizenden lichtjaren in doorsnede. Sommige hebben een relatief eenvoudige, symmetrische vorm rond één sterrenstelsel, terwijl andere juist grillig en complex zijn. “Dat zijn de leukste”, aldus Mentuch Cooper. “Ze lijken op gigantische amoeben met uitlopers die de ruimte in steken.”
Om de halo’s op te sporen, analyseerden onderzoekers de 70.000 helderste sterrenstelsels uit een dataset van meer dan 1,6 miljoen objecten. Met behulp van supercomputers werd gezocht naar kenmerkende structuren: een compacte kern van waterstof met daaromheen een uitgestrekte, ijlere wolk. Bijna de helft van de onderzochte sterrenstelsels bleek zo’n halo te hebben. Volgens de onderzoekers is dat waarschijnlijk nog een onderschatting, omdat zwakkere systemen moeilijker volledig in beeld te brengen zijn.
Nieuwe inzichten in het vroege heelal
De ontdekking opent de deur naar nieuw onderzoek naar het ontstaan en de evolutie van sterrenstelsels. Met tienduizenden beschikbare halo’s verschuift de uitdaging van het vinden van deze structuren naar het begrijpen ervan. “Er bestaan verschillende modellen voor sterrenstelsels in dit tijdperk die grotendeels werken en logisch lijken, maar er zitten nog hiaten in”, zegt Davis. “Nu kunnen we ons richten op individuele halo’s en veel gedetailleerder kijken naar de fysica en mechanismen die daar spelen. Daarna kunnen we de modellen aanpassen of verwerpen en opnieuw beginnen.”
Met andere woorden: waar astronomen eerder moesten zoeken naar een speld in een hooiberg, hebben ze nu een complete gereedschapskist tot hun beschikking om het vroege heelal beter te begrijpen.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Geschiedenis van ver sterrenstelsel voor het eerst ontrafeld via nieuwe methode en s Werelds grootste ver-infraroodcamera met Nederlandse detectoren opent jacht op eerste sterrenstelsels. Of lees dit artikel: Sterrenstelsel stierf jong, maar niet door een enorme knal: het werd langzaam uitgehongerd.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: !