Je leest:

Op jacht naar onzichtbare sterrenstelsels

Op jacht naar onzichtbare sterrenstelsels

Auteur: | 11 februari 2005

De reuzentelescoop Arecibo gaat met een nieuw instrument, de ALFA, op zoek naar sterrenstelsels zonder sterren. De telescoop zal een zesde van de hemel afzoeken naar enorme gaswolken waarin nooit sterren zijn gevormd. Die waren voorheen onvindbaar omdat ze zo weinig licht uitstralen. Met ALFA kan Arecibo ze hopelijk opsporen.

De NSF telescoop (National Science Foundation) in het Arecibo Observatorium te Puerto Rico is ’s werelds grootste en meest gevoelige radiotelescoop. De schotel heeft een diameter van 305 meter en is bijna 51 meter diep; zijn oppervlakte van 8 hectare is bedekt met 40.000 aluminium platen van 1 bij 2 meter. Hij was onder andere te zien in de films Goldeneye en Contact. Naast de filmindustrie maakt ook de wetenschap nog wel eens gebruik van de Arecibo-telescoop. Met zijn nieuwe facetoog is hij op 8 februari begonnen aan een verkenning van verafgelegen sterrenstelsels die jaren gaat duren. Misschien worden hierdoor de tot nog toe ongrijpbare “donkere sterrenstelsels” – sterrenstelsels zonder sterren – zichtbaar.

De radiotelescoop van het Arecibo Observatorium te Puerto Rico. bron: Arecibo Observatory

De verkenning, die wordt uitgevoerd door een internationaal team van studenten en wetenschappers, is de eerste in een serie groots opgezette meetseries met Arecibo. Astronomen van het Arecibo Observatorium bestuderen een zesde deel van de hemel – bijna 7000 vierkante graden – tot op een afstand van 800 miljoen lichtjaar. Ze hopen dat deze nieuwe hemelverkenning een complete kaart zal opleveren van alle sterrenstelsels in dit gebied.

Bij de verkenningen wordt gebruik gemaakt van de nieuwste toevoeging aan de telescoop: de vorig jaar april aangebrachte ALFA ( Arecibo L-Band Feed Array). De ALFA, een Australisch apparaat ter grootte van een flinke koelkast, is in principe een digitale camera met zeven pixels. ALFA kan radiofoto’s van de sterrenhemel maken van een nog nooit vertoonde kwaliteit. De ALFA laat astronomen zeven maal sneller data verzamelen dan op dit moment mogelijk is; gewone radiotelescopen maken gebruik van een camera met slechts één pixel. Bovendien richt de ALFA zich op een specifiek gedeelte van het elektromagnetisch spectrum: de L-band. Dit is het deel van het spectrum waar golven een golflengte van ongeveer 20 cm hebben, precies het gebied waarin de elektromagnetische vingerafdruk van waterstof ligt.

Arecibo’s nieuwe ALFA-module is gevoelig voor elektromagnetische straling uit de L-band, precies het gebiedje radiostraling dat de spectrale vingerafdruk van waterstof bevat. bron: Arecibo Observatory

Het verkenningsproject is ALFALFA gedoopt, oftewel Arecibo Legacy Fast Alfa Survey. “Fast” slaat in dit geval niet op de tijd die nodig is om de verkenning uit te voeren; er zullen nog steeds duizenden uren telescooptijd en een paar jaar nodig zijn om het project te voltooien. Het verwijst in dit geval naar de manier van observeren: snelle waarnemingen van grote banen van de hemel.

Het National Astronomy and Ionosphere Center (NAIC) van de Cornell Universiteit te Ithaca, New York beheert het Arecibo Observatorium voor de NSF en helpt bij de verkenning. Daarnaast krijgen de projectleiders Riccardo Giovanelli en Martha Haynes, beide professoren astronomie aan Cornell, ook onderzoeksbeurzen van het NSF en de Brinson Foundation, een stichting die zich inzet voor de bevordering van het onderwijs en wetenschappelijk onderzoek.

Giovanelli legt uit dat de ALFA radiofrequenties onderzoekt van rond de 1420 megaHertz (MHz). In de band die de ALFA bestrijkt valt ook de spectraallijn van waterstof. Waterstof is het meest voorkomende element in het universum; ruim 90% van alle materie in het universum bestaat eruit. Als een atoom energie absorbeert raakt het in een aangeslagen toestand; als het terugvalt naar zijn oude energieniveau zendt het de energie weer uit in de vorm van straling uit met één bepaalde golflengte. Deze golflengte is voor ieder atoom anders en zo heeft ook waterstof zijn eigen unieke golflengte.Zie je straling met deze specifieke golflengte, dan weet je zeker dat je waterstof hebt gevonden.

Aangeslagen waterstofatoom zendt energie uit met specifieke frequentie en golflengte. bron: Hyperphysics

Bij bijna alle verkenningen van de sterrenhemel tot nu toe is gebruik gemaakt van zichtbaar licht, infrarood licht of röntgenstralen – het soort straling dat sterren uitzenden. Koude wolken gas zenden geen straling van deze hogere golflengtes uit; vandaar dat ze nog niet zijn gevonden. De ALFA detecteert de straling die waterstof uitzendt wél en zou dus grote concentraties van dit atoom moeten kunnen waarnemen.

De enige andere groots opgezette zoektocht naar waterstof is in 1990 uitgevoerd in Australië. ALFALFA is echter zes keer zo gevoelig als de apparatuur die toen gebruikt werd; dat betekent dat er tot veel dieper in de ruimte gekeken kan worden. “In 1997 werd de Arecibo telescoop uitgerust met een nieuw spiegelsysteem, de zogenaamde Gregorian reflector, en daardoor is nu ALFALFA mogelijk”, zegt Giovanelli.

Koepel waarin de nieuwe ALFA meetapparatuur en de Gregorian reflector huist; vergelijk dit even met het plaatje van de hele telescoop om te zien hoe ontzettend groot het is. Het apparaat dat omhoog getakeld wordt is de ALFA module. bron: Cornell University. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Naast een uitputtend onderzoek van de gassen in het nabije universum zal ALFALFA groepen en clusters sterrenstelsels bekijken en bepalen hoe efficiënt ze gas omvormen tot sterren. Vooral interessant is, dat ALFALFA moet kunnen bepalen of er grote gaswolken bestaan waarin geen sterren zijn gevormd, zogenaamde donkere sterrenstelsels. De theorie voorspelt dat deze stelsels moeten bestaan en er zijn ook wel indirecte bewijzen voor, maar omdat deze stelsels geen sterren bevatten stralen ze ook geen licht uit en dat maakt het opsporen ervan erg lastig. Men hoopt ze nu eindelijk aan te tonen door middel van de “vingerafdruk” van waterstof.

De zoektocht naar donkere sterrenstelsels is haalbaar geworden omdat de ALFA de telescoop naar zeven stukjes hemel – 7 pixels – tegelijk laat kijken; hierdoor neemt de tijd die nodig is voor een complete verkenning van de hemel enorm af. De Australische detector in combinatie met de enorme Arecibo telescoop zorgen voor de snelheid en gevoeligheid die de astronomen nodig hebben.

De directeur van het NAIC, Robert Brown, zegt dat de komende paar jaar een groot deel van de waarneemtijd van Arecibo besteed zal worden aan uitgebreide verkenningen met de ALFA module, zoals het ALFALFA project.

Giovanelli vertelt: “Het enige stuk van mij dat ooit is gepubliceerd in een werktuigbouwkundig tijdschrift ging over de bouw van een antenne in de upgrade aan de Arecibo Telescoop. Die upgrade zou de hemel af kunnen speuren op zoek naar waterstof. Ik heb 15 jaar moeten wachten, maar nu kan ik het experiment eindelijk uitvoeren.”

Dit artikel is een publicatie van Universe Today.
© Universe Today, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 februari 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.