Verste sterrenstelsel ooit gezien

NRC Handelsblad, 21 oktober 2010

Ruim dertien miljard jaar. Zo lang deed het licht van het verste sterrenstelsel dat ooit is gemeten erover om de aarde te bereiken. Vorig jaar augustus werd het stelsel opgespoord met de Hubble-ruimtetelescoop, en nu is een Europees team van astronomen erin geslaagd om zijn afstand vast te stellen. Het resultaat staat vandaag in Nature.
Het verre stelsel, met de onuitspreekbare naam UDFy38135539, bevindt zich in het zogeheten Ultra Deep Field – een klein gebiedje aan de zuidelijke hemel dat in 2003 en 2009 twee weken lang met de ruimtetelescoop is waargenomen.
Op de Hubble-beelden werd een handjevol opvallend rood getinte, lichtzwakke objecten ontdekt, waarvan het vermoeden rees dat het zeer verre sterrenstelsels betrof. Bij de presentatie van de nieuwste Hubble-opnamen, in januari van dit jaar, dachten de ontdekkers nog dat het niet mogelijk zou zijn om de afstanden van deze objecten te meten. Het instrument waarmee zo'n meting wordt gedaan – een zogeheten spectrograaf
– heeft een bepaalde hoeveelheid licht nodig en de verre stelsels leken die domweg niet te leveren.

Maar Matt Lehnert van het Observatoire de Paris en zijn collega's berekenden dat enkele van de kandidaat-stelsels net binnen het meetbereik van de Very Large Telescope (VLT) zouden liggen. Dit grote Europese instrument in het noorden van Chili omvat onder meer vier afzonderlijke 8,2-metertelescopen – aanzienlijk groter dan de Hubble-ruimtetelescoop. Met één daarvan zou in zestien uur voldoende licht van zo'n sterrenstelsel kunnen worden verzameld. Dat gebeurde in de loop van oktober en november 2009.
De SINFONI-spectrograaf van de VLT ontleedde het licht van UDFy-38135539 in zijn afzonderlijke golflengten. In het spectrum werd een bekende 'vingerafdruk' van het element waterstof gevonden. Normaal gesproken is deze zogeheten Lyman-a-lijn in het ultraviolette deel van het spectrum te vinden, maar in dit geval is hij in het infrarood aangetroffen. Dat betekent dat de lichtgolven van het sterrenstelsel onderweg naar de aarde sterk zijn uitgerekt – een verschijnsel dat wordt toegeschreven aan de uitdijing van het heelal en dat 'roodverschuiving' wordt genoemd. Hoe groter de roodverschuiving, des te langer is het licht van een object onderweg geweest. Daarmee is de roodverschuiving dus tevens een maat voor de afstand van het object, die in het geval van UDFy-38135539 ongeveer 13,1 miljard lichtjaar bedraagt.

Deze afstand plaatst het stelsel in een interessante periode. Op het moment dat het nu ontvangen licht van UDFy-38135539 werd uitgezonden – 13,1 miljard jaar geleden oftewel 600 miljoen jaar na de oerknal – bevond het heelal zich nog in het zogeheten reïonisatietijdperk. In die periode splitste de intense ultraviolette straling van de eerste sterren de waterstofatomen in hun omgeving weer in losse waterstofkernen (protonen) en elektronen, net zoals dat tijdens de eerste 400.000 hete jaren na de oerknal overal het geval was.
Uit het spectrum van UDFy38135539 concluderen Lehnert en collega's dat de omgeving van het sterrenstelsel tot op een afstand van enkele miljoenen lichtjaren geïoniseerd moet zijn. Het lijkt echter niet waarschijnlijk dat dit stelsel dat in zijn eentje voor elkaar heeft gekregen. Volgens de astronomen moeten zich rond UDFy-38135539 nog meer sterrenstelsels bevinden. Deze zouden echter te lichtzwak zijn voor de huidige generatie waarnemingsinstrumenten.
Helemáál zeker zijn deze conclusies nog niet. Er bestaat een kans van één promille dat de in het spectrum van UDFy-38135539 waargenomen vingerafdruk niet van waterstof is, maar van zuurstof. In dat geval zou de afstand van het stelsel minder dan negen miljard lichtjaar bedragen, en valt het hele reïonisatieverhaal aan duigen.

 

Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.