Radiotelescoop LOFAR ontdekt honderdduizenden sterrenstelsels

Voor het lekenoog zijn het slechts vlekken, klodders of vegen, maar menig astronomenhart klopt er sneller van. De witte plekken zijn de contouren van sterrenstelsels, of specifieker, het bad van ijl gas waar ze in baden. Veel van deze sterrenstelsel waren nog nooit eerder waargenomen, maar zijn nu wél gezien door de grotendeels Nederlandse radiotelescoop LOFAR.

Het hart van LOFAR ligt in Drenthe, van waaruit de radiotelescoop zich uitstrekt over een groot deel van Europa. Van Groot-Brittanië tot in Polen staan antennestations die met elkaar zijn verbonden via een razendsnel computernetwerk. De ogenschijnlijk eenvoudige antennes luisteren onafgebroken naar de sterrenhemel, in het stuk van het radiospectrum dat vóór LOFAR nauwelijks werd benut door astronomen. Dat dit toch de moeite waard is, blijkt nu uit de eerste grote publicatie van LOFAR-resultaten. Een internationale groep van wetenschappers die betrokken is bij de radiotelescoop publiceren in een klap 26 artikelen in het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics.

Goudmijn voor radioastronomen

In de plaatjes van de radiotelescoop ontwaren sterrenkundigen reusachtige bellen van ijl gas rondom veel van die stelsels, soms wel tientallen keren zo groot als het sterrenstelsel zelf. Die bellen worden ‘geblazen’ door zware zwarte gaten in die stelsels. In sterrenstelsels dichterbij pikt LOFAR signalen op van schokgevolgen van supernova-explosies, ofwel sterren die gewelddadig ontploffen. Verder weg neemt de telescoop waar hoe verzamelingen van sterrenstelsels (zogenoemde clusters) met elkaar botsen en daarbij werveling en turbulentie veroorzaken in het gas daaromheen.

De resultaten zijn een goudmijn voor radioastronomen. En het is hoogstwaarschijnlijk nog maar het begin van waartoe LOFAR in staat is. De nu vrijgegeven informatie beslaat slechts zo’n twee procent van de noordelijke sterrenhemel. De komende jaren gaat de radiotelescoop de rest in kaart brengen.

Bellen blazen

Dat de meeste sterrenstelsels een extreem zwaar zwart gat in hun centrum hebben, werd al vermoed. Ook onze eigen Melkweg huist een exemplaar van naar schatting vier miljoen keer de massa van de zon. Bij veel sterrenstelsels schiet uit hun kern aan twee kanten een soort straalstroom naar buiten, afkomstig van dat zwarte gat in het centrum. “De vraag is welke soort stelsels op die manier actief zijn, en op welke momenten ze zoveel materie naar buiten spuwen”, zegt Huub Röttgering, hoofdonderzoeker van het LOFAR Survey-project bij Astron en de Universiteit Leiden.

LOFAR blijkt een geschikt instrument om op die vragen antwoord te gaan geven. Volgens Röttgering verbaasden astronomen zich over de grote hoeveelheid ‘actieve’ sterrenstelsels die de radiotelescoop nu heeft ontdekt. Veel modellen voorspellen een relatief korte periode van activiteit waarna het zwarte gat zich koest houdt. Toch laat LOFAR zien dat grote sterrenstelsels vrijwel altijd een beetje actief zijn.

Ook de vraag waarom er zo veel (en verre) sterrenstelsels zichtbaar zijn in het radiospectrum, houdt astronomen bezig. “We zien allerlei structuren rondom sterrenstelsels, waarschijnlijk veroorzaakt door gasstromen die door magneetvelden bewegen en op die manier radiostraling produceren”, zegt Röttgering. “Het betekent dat er in de geschiedenis van het heelal relatief vroeg zware en actieve zwarte gaten waren. Hoe zij zo snel zo groot konden worden, is een raadsel.”

Ook wat dichter bij huis blijkt LOFAR nuttig. Gericht op nabije sterrenstelsels produceert de radiotelescoop een ietwat korrelige kopie van vergelijkbare optische plaatjes. Deze ‘radioafbeelding’ is dus gereconstrueerd aan de hand van de signalen die de antennes van LOFAR opvangen. Het blijkt dat deze spiraalstelsels in het radiospectrum ongeveer dezelfde voetafdruk geven. Niet erg nuttig? Toch wel, volgens Röttgering.

“De radiovoetafdruk is andermaal afkomstig van snel bewegende geladen deeltjes, zoals elektronen”, zegt hij. “In de armen van zo’n sterrenstelsel komen die van supernova’s: relatief jonge sterren die snel door hun brandstof branden en daarna exploderen. De radiosignalen die LOFAR ontvangt, zijn een soort optelling van alle recente explosies. Dit is een vrij directe manier om te achterhalen hoeveel sterren er zich vormen in een bepaald gebied. Die metingen zijn een soort back-up van de optische metingen, die vaak belemmerd worden door stofwolken. Radiogolven trekken zich weinig aan van stof en gaan er dwars doorheen.”