Astronomen hebben tijdens hun zoektocht naar het allereerste licht in het heelal iets onverwachts gevonden: het gas tussen sterrenstelsels was ongeveer 800 miljoen jaar na de oerknal al opgewarmd. Dat gebeurde dus nog voordat het licht van de eerste sterren zich over het heelal kon verspreiden en dat is verrassend.

De ontdekking kwam voort uit onderzoek naar de Epoch of Reionisation (in het Nederlands: het tijdperk van herionisatie). In deze periode werd het gas tussen de sterrenstelsels, dat eerst ondoorzichtig was, plotseling transparant, althans volgens de huidige theorieën. Daardoor kon het licht van de eerste sterren eindelijk door het hele heelal reizen. Het betekende het einde van de zogenaamde kosmische donkere eeuwen, een tijd waarin het heelal nog helemaal donker was. Dit tijdperk speelde zich af ongeveer een miljard jaar na de oerknal.

De astronomen hadden verwacht dat, als het heelal erg koud was aan het begin van de herionisatie, dat zou terug te zien zijn in een herkenbaar radiosignaal. Maar het specifieke signaal waar ze naar op zoek waren, ontbrak in hun dataset, zo blijkt uit hun studie. Dat betekent dat het heelal voor de herionisatie al voorverwarmd was.

Technisch zeer moeilijk om op te sporen

Het opsporen van signalen uit dit verre verleden is enorm moeilijk. Wetenschappers moeten het zwakke signaal van de Epoch of Reionisation isoleren en elke andere bron van radiogolven in het heelal uitsluiten, zo leggen ze uit in een persbericht. Dat houdt in dat je niet alleen straling van nabije sterren en sterrenstelsels moet wegfilteren, maar ook storingen van objecten op aarde.

Er waren daarom meerdere technische doorbraken nodig om deze ontdekking mogelijk te maken. De onderzoekers bedachten eerst nieuwe methoden om al die storende signalen beter te verwijderen en ze stelden ook hun instrumenten nauwkeuriger af. Vervolgens combineerden ze voor het eerst tien jaar aan gegevens van de Murchison Widefield Array (MWA) in Australië. Dat is een radiotelescoop die bestaat uit 4.096 antennes die samen een zeer groot gezichtsveld hebben. Daardoor kunnen ze gelijktijdig een enorm stuk hemel in de gaten houden om zwakke radiosignalen uit het vroege heelal op te vangen.

Wat veroorzaakte deze vroege straling?

Dat het gas warm was, is verrassend omdat het heelal door zijn uitbreiding eigenlijk afkoelt. “Naarmate het heelal evolueerde, expandeert en koelt het gas tussen sterrenstelsels, dus we zouden verwachten dat het erg, erg koud zou zijn”, zegt medeauteur van het onderzoek Cathryn Trott in het persbericht. “Onze metingen tonen aan dat het op zijn minst met een bepaalde hoeveelheid is opgewarmd. Niet met veel, maar het vertelt ons dat zeer koude herionisatie is uitgesloten. Dat is echt interessant.”

Trott denkt te weten wat de opwarming veroorzaakte. “Het onderzoek suggereert dat deze opwarming waarschijnlijk werd veroorzaakt door de energie van vroege bronnen van röntgenstraling van jonge zwarte gaten en stellaire overblijfselen die zich door het heelal verspreidden.” ‘Stellaire overblijfselen’ zijn de resten van sterren die zijn ontploft.

Slaagden de onderzoekers in hun oorspronkelijke opzet?

Het team heeft het definitieve signaal van de Epoch of Reionisation wel nog altijd niet gevonden. Hun nieuwe technieken gaan toekomstig onderzoek wel gemakkelijker maken. De Square Kilometre Array (SKA), een enorme radiotelescoop die bestaat uit duizenden ontvangers die nu gebouwd worden in Australië en Zuid-Afrika, gaat hierop voortbouwen. “Het signaal is zeker daar ergens begraven”, zegt Nunhokee. “Het gaat erom onze data te verbeteren, en meer data te krijgen, schonere data, om het te bereiken.”