Astrofysicus Mustapha Ishak-Boushaki van de Universiteit van Texas in Dallas en zijn collega’s van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) zijn bezig met een vijfjarig project om gegevens te verzamelen die het antwoord kunnen geven op een van de meest raadselachtige vraagstukken in de astrofysica: Waarom lijkt de uitdijing van het heelal te versnellen? Voor het verschijnsel zijn diverse verklaringen bedacht. Eén daarvan is dat donkere energie sterrenstelsels op de een of andere manier uit elkaar duwt. Een andere mogelijkheid is dat de zwaartekracht – de aantrekkende kracht die bijvoorbeeld de hemellichamen in ons zonnestelsel bij elkaar houdt – op kosmische schaal anders werkt dan op de schaal van ons zonnestelsel, en moet worden aangepast om de versnellende uitdijing van het heelal te verklaren. De DESI-samenwerking, waar meer dan negenhonderd wetenschappers van meer dan zeventig instituten bij betrokken zijn, heeft nu een nieuwe data-analyse gepresenteerd die de eerste mogeijkheid ondersteunt: uit de gegevens blijkt dat de manier waarop sterrenstelsels clusters vormen in overeenstemming is met het standaardmodel voor de zwaartekracht, Einsteins algemene relativiteitstheorie (arXiv, 19 november). Het DESI-project is in mei 2021 van start gegaan. Het maakt gebruik van een gevoelig spectroscopisch instrument dat gekoppeld is aan de 4-meter Mayall-telescoop op Kitt Peak (Arizona, VS). Deze combinatie kan het licht van vijfduizend sterrenstelsels tegelijk opvangen. Bij de nieuwste analyse is gebruik gemaakt van gegevens van bijna 6 miljoen sterrenstelsels en quasars, waarmee onderzoekers 11 miljard jaar in het verleden kunnen kijken. ‘De nieuwe analyse is consistent met onze eerdere bevindingen die de theorie ondersteunen dat donkere energie niet constant is, maar dynamisch, wat een zeer belangrijk resultaat is voor kosmische versnelling’, aldus Ishak-Boushaki. Daarnaast levert de analyse ook nieuwe bovengrenzen op voor de massa van neutrino’s, de enige fundamentele deeltjes waarvan de massa nog niet nauwkeurig is gemeten. Het DESI-experiment is nu bezig aan zijn voorlaatste onderzoeksjaar. Naar verwachting zullen tegen de tijd dat het project afloopt gegevens van 40 miljoen sterrenstelsels en quasars zijn verzameld. (EE)
Meer informatie:
→ New DESI data shed light on gravity’s pull in the universe
Simulaties van ontplofte, sterk gemagnetiseerde sterren die ineenstorten tot zwarte gaten laten zien dat deze sterren hun magnetische velden doorgeven aan hun ‘nakomelingen’ (The Astrophysical Journal Letters, 18 november). Hoewel zwarte gaten vooral bekendstaan om het feit dat ze alles in hun omgeving opslokken, kunnen ze ook krachtige bundels van geladen deeltjes uitstoten. Dat resulteert in explosieve uitbarstingen van gammastraling waarbij binnen een paar tellen meer energie vrijkomt dan onze zon in haar hele leven zal uitstralen. Om zo’n spectaculaire gebeurtenis te laten plaatsvinden, moet een zwart gat een krachtig magnetisch veld hebben. Maar waar dit magnetisme vandaan komt, is – of wellicht was – een raadsel. Zwarte gaten kunnen ontstaan nadat een ster als supernova is ontploft. Daarbij blijft een compacte kern achter: een zogeheten proto-neutronenster. ‘Proto-neutronensterren zijn de ‘moeders’ van zwarte gaten in die zin dat wanneer ze verder ineenstorten, er een zwart gat wordt geboren’, aldus Ore Gottlieb, onderzoeker aan het Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics in New York City (VS). ‘We hebben vastgesteld dat wanneer zich zo’n zwart gat vormt, de omringende schijf van de proto-neutronenster zijn magnetische lijnen als het ware vastpint aan het zwarte gat.’ Gottlieb en zijn team waren in eerste instantie van plan om de hele ontwikkeling van ster tot zwart gat te modelleren, inclusief de zich daarbij vormende jets die zogeheten gammaflitsen veroorzaken. Daarbij stuitte het team echter op een probleem: onduidelijk was hoe magnetische velden zich tijdens de ineenstorting van een neutronenster tot een zwart gat gedragen. Het grootste probleem was dat sterk magnetisme in een ineengestorte ster ervoor zorgt dat deze langzamer gaat draaien. En zonder snelle draaiing kan een pasgeboren zwart gat geen accretieschijf vormen – de schijf van gas, plasma, stof en deeltjes rond een zwart gat – en ook geen jets en gammaflitsen kan produceren. Er moest dus iets anders aan de hand zijn. Op zoek naar een oplossing besloot het team om terug te gaan naar de bron: de ‘ouder’ van een zwart gat. De onderzoekers realiseerden zich dat eerdere simulaties van ineenstortende neutronenster wellicht geen volledig beeld gaven. ‘Bij eerdere simulaties werd alleen gekeken naar neutronensterren en zwarte gaten afzonderlijk, en ging tijdens de ineenstorting al het magnetisme verloren. Wij kwamen er echter achter dat ook proto-neutronensterren een accretieschijf hebben, net als zwarte gaten,’ zegt Gottlieb. ‘Het idee is nu dat deze accretieschijf het magnetische veld van de neutronenster kan redden. In dat geval zal zich een zwart gat vormen met dezelfde magnetische veldlijnen als die door de neutronenster heen liepen.’ Uit de berekeningen van het team blijkt dat, voordat zijn magnetische veld volledig door het pasgevormde zwarte gat wordt opgeslokt, de schijf van de neutronenster door het zwarte gat wordt geërfd en de magnetische veldlijnen worden verankerd. Op die manier stelt de schijf het zwarte gat in staat om het magnetische veld van zijn ‘moeder’, de neutronenster, over te nemen. (EE)
Meer informatie:
→ We finally know where black holes get their magnetic fields: Their parents
Astronomen hebben bij toeval een bijzondere kosmische ‘samenstand’ ontdekt: twee sterrenstelsels die miljarden lichtjaren van elkaar verwijderd zijn, maar vanaf de aarde gezien precies op één lijn liggen. Daardoor werken ze als een samengestelde lens die het licht van een quasar achter hen uitvergroot – een verschijnsel dat het zwaartekrachtlenseffect wordt genoemd. Het bijzondere aan deze specifieke zwaartekrachtlens is dat een deel van het quasarlicht een zigzagpad om de beide sterrenstelsels volgt. Volgens zijn ontdekkers zal deze eerste dubbele lens het mogelijk maken om nauwkeurige metingen te doen van de uitdijingssnelheid van het heelal: de zogeheten Hubble-constante (arXiv, 8 november). Er zijn al ongeveer duizend gevallen bekend waarbij, zoals voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, de sterke zwaartekracht van een groot object, zoals een sterrenstelsel of een cluster van sterrenstelsels, licht afbuigt dat afkomstig is van een heldere bron daarachter. Clusters van sterrenstelsels zijn onvolmaakte lenzen die vervormde beelden produceren. Maar elliptische sterrenstelsels zijn min of meer symmetrisch en werken daardoor als eenvoudige lenzen die een verre heldere bron kunnen omzetten in een boog van licht (een ‘Einstein-ring’) of een viertal afzonderlijke beelden (een ‘Einstein-kruis’). Dat laatste is wat onderzoekers in 2017 dachten te hebben ontdekt in het geval van J1721+8842, een elliptisch sterrenstelsel dat het licht van een achtergrondquasar viervoudig afbeeldt. Zulke gevallen zijn nuttig omdat de helderheid van een quasar in de loop van de tijd varieert. En omdat het licht dat elk beeld produceert een ander pad volgt om het stelsel dat als lens fungeert, geeft de veranderlijke helderheid van het beeld informatie over de vertraging van de verschillende omwegen die het licht heeft gevolgd. Aan de hand van deze omwegen en vertragingen kunnen astronomen berekenen hoe snel het heelal uitdijt. Om variaties in de vier quasarbeelden waar te nemen, hebben Frédéric Dux van de Technische Universiteit van Lausanne (Zwitserland) en zijn collega’s J1721+8842 twee jaar lang waargenomen met de Nordic Optical Telescope. In hun opnamen verschenen twee zwakkere beelden, waarvan ze aanvankelijk aannamen dat dit ‘gelensde’ duplicaten waren van een tweede quasar die dicht naast de eerste stond. Ook dachten ze dat een roodachtige Einstein-ring die eveneens op de beelden te zien was, een vervormd beeld van het moederstelsel van een of beide quasars was. Maar toen ze de zwakkere beelden nauwkeuriger bekeken, bleken die precies overeen te komen met het oorspronkelijke Einstein-kruis. Alles bij elkaar zagen ze dus zes versies van het licht van één quasar – een mogelijkheid die theoretici al hadden voorspeld. Bovendien lieten gegevens van de Webb-ruimtetelescoop zien dat de rode Einstein-ring niet op dezelfde afstand staat als de quasar, maar tussen deze en J1721+8842 in staat. De ring was in feite een tweede lens-stelsel. Om deze configuratie nader te analyseren, hebben Dux en zijn collega’s een computermodel gemaakt, en daaruit blijkt dat twee van de zes beelden worden veroorzaakt door licht dat om de twee sterrenstelsels zigzagt. Met behulp van de zes lichtpaden en bijbehorende vertragingen hoopt het team de Hubble-constante heel nauwkeurig te kunnen bepalen. Maar omdat dit systeem uit twee objecten op verschillende afstanden bestaat – de quasar en het rode lens-stelsel – kan nog een andere kosmische parameter worden berekend: die van de donkere energie die het heelal versneld doet uitdijen. De noodzakelijke berekeningen zijn echter heel lastig, en het zal waarschijnlijk meer dan een jaar gaan duren voordat de uitkomst ervan bekend is. (EE)
Meer informatie:
→ First known double gravitational lens could shed light on universe’s expansion (Science)
Uit twee afzonderlijke analyses van maanstenen die door de Chinese maanlander Chang’e-6 naar de aarde zijn gebracht, blijkt dat deze pas ongeveer 2,8 miljard jaar geleden uit afkoelende magma zijn gevormd. De onderzoeken kunnen de vraag helpen beantwoorden waarom de achterkant van de maan zo anders is als de voorkant, maar roepen tegelijkertijd nieuwe vragen op over de vulkanische geschiedenis van de maan. (ScienceNews, 15 november). De beide halfronden van de maan verschillen als dag en nacht. De voorkant is voor bijna een derde bedekt met enorme lavavlakten – ook wel maanzeeën genoemd – en vertoont heel veel inslagkraters. Maar slechts ongeveer twee procent van de achterkant vertoont sporen van lava. Tot voor kort waren alle stenen die van de maan waren opgehaald afkomstig van diens ‘voorkant’. Het onderzoek van deze maanstenen, verzameld tijdens de bemande Apollo-missies en onbemande Loena-missies van de jaren 60 en 70, suggereerden dat de maan ongeveer vier miljard jaar geleden het meest vulkanisch actief was en ongeveer een miljard jaar later grotendeels was afgekoeld. Gesteenten van de maanlander Chang’e-5, verzameld in 2020, gaven al een iets ander beeld te zien, met sporen van vulkanisme van slechts ongeveer twee miljard jaar geleden. Maar over de achterkant van de maan was tot nu toe weinig concreets bekend, totdat maanlander Chang’e-6 afgelopen juni twee kilogram aan bodemmonsters afleverde die hij in het Zuidpool-Aitken-bekken – de oudste en grootste maankrater en de bron van het meeste vulkanische materiaal aan de achterkant van de maan – had verzameld. Twee onderzoeksteam hebben de betreffende gesteenten onderzocht met behulp van radiometrische datering: een techniek om de leeftijd van een object te schatten op basis van de relatieve hoeveelheden van bepaalde radioactieve elementen die het bevat. Geochemicus Le Zhang van de Chinese Academie van Wetenschappen in Guangzhou en collega’s bestudeerden 35 stukken basalt, en ontdekten dat hun leeftijden allemaal rond de 2,830 miljard jaar lagen (Science, 15 november). Li en collega’s onderzochten 108 andere stukken basalt en vonden vergelijkbare leeftijden: 2,807 miljard jaar (Nature, 15 november). De uitkomst valt jonger uit dan verwacht vanwege een ander kenmerk dat beide groepen monsters vertonen: een gebrek aan warmte-producerende radioactieve elementen als uranium en thorium. Aan de voorkant kan het verval van deze elementen de maanmantel warm genoeg hebben gehouden om het vulkanisme tot twee miljard jaar geleden in stand te houden. Maar zonder deze elementen is het niet duidelijk hoe de achterkant van de maan zo lang gesmolten kon blijven. De resultaten wijzen ook op langdurig vulkanisme. Zo vond Li’s team een maansteen die 4,2 miljard jaar oud is. Het enige bekende maangesteente dat ouder is, is een meteoriet waarvan onbekend is van welk deel van de maan hij komt. Tezamen met de jongere monsters wijzen de gesteente erop dat het vulkanisme aan de achterkant van de maan minstens 1,4 miljard jaar heeft geduurd. (EE)
Meer informatie:
→ A first look at rocks from the lunar farside create a volcanic mystery (ScienceNews)
Bij nieuw onderzoek dat binnenkort in The Astrophysical Journal Letters wordt gepubliceerd, hebben astronomen de halo van de zogeheten Grote Magelhaense Wolk (GMW) opgemeten. Tot hun verbazing blijkt deze halo een middellijn van slechts 50.000 lichtjaar te hebben. Daarmee is hij tien keer zo klein als de halo’s van sterrenstelsels die ongeveer net zo groot zijn als de GMW. De Grote Magelhaense Wolk is een van de naaste buren van ons Melkwegstelsel. Met een schijnbare diameter van twintig keer de volle maan is dit dwergsterrenstelsel een opvallende verschijning aan de zuidelijke hemel. Veel astronomen denken dat het niet in een baan om ons sterrenstelsel draait, maar hier vlak langs scheert, en vrij recent zijn dichtste nadering heeft volbracht. Hoewel de GMW daarbij flinke averij heeft opgelopen, heeft het dwergstelsel een compacte halo van gas weten te behouden – iets was niet was gelukt als het lichter was geweest. De GMW heeft tien procent van de massa van de Melkweg en is daarmee zwaarder dan de meeste dwergstelsels. Het grootste deel van de oorspronkelijke halo van de Grote Magelhaense Wolk is weggeblazen door een verschijnsel dat ram pressure (‘ramdruk’) wordt genoemd. Het dichte medium van de Melkweg oefent een tegendruk uit op de inkomende GMW, waardoor zich een kielzog van gas achter het kleine sterrenstelsel vormt, vergelijkbaar met de staart van een komeet. Doordat de ramdruk een groot deel van de halo van de Grote Magelhaense Wolk wegduwt, wordt het daarin aanwezige gas afgeremd en zal het uiteindelijk neerregenen op de Melkweg. Maar omdat het kleine stelsel pas net zijn dichtste nadering achter de rug heeft, en zich weer verwijdert, verwachten de astronomen niet dat zijn halo volledig verloren zal gaan. Bij hun onderzoek hebben de astronomen gebruik gemaakt van gearchiveerde data van de Cosmic Origins Spectrograph (COS) van de Hubble-ruimtetelescoop. Aan de hand van deze spectrografische gegevens kon de aanwezigheid van het gas in de halo van de GMW worden afgeleid uit de manier waarop het bepaalde kleuren licht van verre achtergrondobjecten (zogeheten quasars) absorbeert. Een spectrograaf splitst het licht op in zijn samenstellende kleuren, en dat levert informatie op over de toestand, temperatuur, snelheid, afstand en samenstelling van het onderzochte object. In dit geval hebben de astronomen de COS-gegevens gebruikt om de snelheid van het gas rond de Grote Magelhaense Wolk te meten. Daaruit kon vervolgens de grootte van diens halo worden afgeleid. Als volgende wil het team nu de de voorkant van de halo van de GMW bestuderen – een gebied dat nog niet eerder onderzocht is. (EE)
Meer informatie:
→ NASA's Hubble Sees Aftermath of Galaxy's Scrape with Milky Way
Een internationaal team, onder leiding van de Universiteit van Genève (Zwitserland), heeft drie ultrazware sterrenstelsels opgespoord die zich al tijdens de eerste miljard jaar na de oerknal hebben gevormd, maar desondanks elk bijna net zoveel massa hebben als ons Melkwegstelsel. Deze verrassende ontdekking, gedaan met de Webb-ruimtetelescoop, wijst erop dat de vorming van sterren in het vroege heelal veel efficiënter verliep dan tot nu toe werd aangenomen (Nature, 13 november). Het team heeft een systematische analyse uitgevoerd van een aantal emissielijnstelsels (ELG’s) binnen de eerste miljard jaar van de kosmische geschiedenis. ELG’s vertonen heldere emissielijnen in hun spectrum, die op specifieke golflengten afsteken tegen de donkere achtergrond van het spectrum. Dankzij het bestaan van deze emissielijnen kon het team de afstanden van de sterrenstelsels nauwkeurig bepalen en bovendien een betrouwbare schatting maken van de hoeveelheid sterren die de stelsels bevatten. Daarbij vielen drie sterrenstelsels op door hun grote sterrenrijkdom. Tot nu toe werd aangenomen dat alle sterrenstelsels geleidelijk zijn ontstaan binnen grote halo’s van donkere materie die normale materie in de vorm van gasatomen en -moleculen bijeenbrachten. Geschat werd dat hooguit twintig procent van dit gas binnen sterrenstelsels in sterren werd omgezet. De nieuwe waarnemingen stellen deze zienswijze echter op de proef en wijzen erop dat het stervormingsproces in het vroege heelal mogelijk veel sneller en efficiënter verliep. Met behulp van de geavanceerde Webb-ruimtetelescoop heeft het team systematisch sterrenstelsels in het zeer verre (en dus vroege) heelal onderzocht. Daarbij ontdekten de astronomen dat de meeste stelsels aan de bestaande modellen voldoen. Maar ze ontdekten ook drie verrassend zware sterrenstelsels die ongeveer dezelfde stellaire massa hebben als ons huidige Melkwegstelsel. De drie sterrenstelsels vormen bijna tweemaal zo efficiënt sterren als stelsels van lagere massa in hetzelfde tijdperk of gewone stelsels op latere momenten in de kosmische geschiedenis. Omdat de drie stelsels vanwege hun hoge stofgehalte duidelijk rood gekleurd zijn, worden ze de Rode Monsters genoemd. Hoewel de nieuwe bevindingen niet in strijd zijn met het meest gangbare kosmologische model, roepen ze wel vragen op over de bestaande theorieën voor de vorming van sterrenstelsels, en met name over het feit dat er onverwacht veel massarijke sterrenstelsels in het vroege heelal zijn. Mogelijk vonden er in het vroege heelal unieke processen plaats, die ervoor zorgden dat bepaalde vroege sterrenstelsels in heel snel tempo sterren konden vormen en zo dus al heel vroeg in de geschiedenis konden ontstaan. (EE)
Meer informatie:
→ Astronomers discover mysterious ‘Red Monster’ galaxies in the early Universe
Het standaardmodel voor de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal voorspelde dat de Webb-ruimtetelescoop zwakke signalen zou zien van kleine, primitieve sterrenstelsels. Maar de gegevens zijn niet in overeenstemming met de gevestigde hypothese dat onzichtbare donkere materie de vroegste sterren en sterrenstelsels hielp samenklonteren. De oudste sterrenstelsels zijn juist groot en helder, wat in overeenstemming is met een alternatieve theorie voor de zwaartekracht (The Astrophysical Journal, 12 november). ‘Wat de [standaard] theorie over donkere materie voorspelde, is niet wat we zien’, aldus astrofysicus McGaugh, wiens vandaag gepubliceerde artikel de structuurvorming in het vroege heelal beschrijft. McGaugh, professor en directeur astronomie aan Case Western Reserve University in Ohio (VS), zegt dat de zogeheten MOND-theorie van de Israëlische natuurkundige Mordehai Milgrom al in 1998 voorspelde dat de structuurvorming in het vroege heelal veel sneller verliep dan de gangbare theorie van de koude donkere materie (het lambda-CDM-model) suggereerde. Het Lambda-CDM-model voorspelt dat sterrenstelsels geleidelijk zijn gevormd door het aantrekken van materie, als gevolg van de extra zwaartekracht die voor rekening komt van de mysterieuze donkere materie. ‘Astronomen hebben donkere materie verzonnen om te verklaren hoe je van een heel egaal vroeg heelal naar de huidige grote sterrenstelsels met veel lege ruimte daartussen komt’, aldus McGaugh. ‘De verwachting was dat elk groot sterrenstelsel dat we in het nabije heelal zien, stukje bij beetje is ontstaan.’ Als kleine stukjes samenklonterden tot steeds grotere structuren totdat er sterrenstelsels ontstonden, zou Webb het zwakke licht van die kleine bouwstenen moeten kunnen zien. Maar zelfs bij steeds grote roodverschuiving – dus als we dieper het heelal in kijken – zijn de signalen groter en helderder dan verwacht. De MOND-theorie voorspelt dat de massa die nodig is om een sterrenstelsel te vormen zich heel snel verzamelt en in eerste instantie uitdijt met de rest van het heelal. De sterkere zwaartekracht vertraagt de uitdijing en keert deze vervolgens om, zodat zich een sterrenstelsel kan vormen, zonder dat daar donkere materie aan te pas komt. De grote, heldere structuren die Webb heel vroeg in het heelal heeft waargenomen, werden volgens McGaugh al meer dan een kwart eeuw geleden door de MOND-theorie voorspeld. ‘Mijn conclusie is: ‘zie je nou wel?’ Dat klinkt misschien onbeleefd, maar zo werkt de wetenschappelijke methode nu eenmaal: voorspellingen doen en dan controleren welke uitkomen.’ Daar voegt McGaugh overigens aan toe dat het nog een hele uitdaging zal zijn om een theorie te vinden die verenigbaar is met zowel de MOND-theorie als de algemene relativiteitstheorie. (EE)
Meer informatie:
→ Astronomers’ theory of how galaxies formed may be upended
Toen NASA-ruimtesonde Voyager 2 in 1986 langs Uranus vloog, zagen wetenschappers deze gekantelde planeet voor het eerst – en tot nu toe voor het laatst – van dichtbij. Bij die gelegenheid werden niet alleen nieuwe manen en ringen bij Uranus ontdekt, ook bleek dat de magnetische velden om de planeet, en de daarin verstrikt geraakte energierijke deeltjes, mysterieus gedrag vertoonden. Een nieuwe analyse van de gegevens die destijds werden verzameld laat zien dat dit stom toeval was: kort vóórdat Voyager 2 Uranus bezocht was de magnetosfeer van Uranus getroffen door een stroom energierijke zonnedeeltjes (Nature Astronomy, 11 november). ‘Als Voyager 2 slechts een paar dagen eerder was aangekomen, zou hij een compleet andere magnetosfeer bij Uranus hebben waargenomen,’ aldus Jamie Jasinski van het Jet Propulsion Laboratory van NASA en hoofdauteur van het nieuwe onderzoek dat in Nature Astronomy is gepubliceerd. ‘De ruimtesonde zag Uranus onder omstandigheden die maar ongeveer vier procent van de tijd voorkomen.’ Magnetosferen fungeren als beschermende bubbels rond planeten die een magnetische kern en magnetische velden hebben. Zo’n magnetisch veld beschermt de planeet tegen de stromen van geïoniseerd gas – zogeheten plasma – die de zon uitstoot. Wat wetenschappers in 1986 in de gegevens van Voyager 2 zagen, verbaasde hen dan ook enorm. Binnen de magnetosfeer van Uranus bevonden zich stralingsgordels van elektronen met een intensiteit die eerder alleen bij de veel grotere planeet Jupiter waren waargenomen. Maar vreemd genoeg was er geen bron van energierijke deeltjes die deze actieve gordels kon voeden. Sterker nog: in de magnetosfeer van Uranus was bijna geen plasma te bekennen. Het gebrek aan plasma verbaasde de wetenschappers ook, omdat ze wisten dat de vijf grote manen van Uranus een magnetische bel van waterionen zouden moeten produceren, zoals ook de ijzige manen van de overige grote planeten dat doen. Daaruit trokken ze de conclusie dat deze manen volkomen inactief moesten zijn. Waarom werd er dan geen plasma waargenomen en wat had de stralingsgordels van Uranus een boost gegeven? De nieuwe data-analyse wijst naar de zonnewind. Toen het plasma van de zon inbeukte op de magnetosfeer van de planeet en deze samenperste, werd het daarin aanwezige plasma waarschijnlijk verdreven. De zonnewind zou daarbij ook kortstondig de dynamiek van de magnetosfeer van Uranus hebben versterkt, door diens stralingsgordels te ‘injecteren’ met elektronen. De nieuwe bevindingen zijn mogelijk goed nieuws voor de vijf grote manen van Uranus: sommige van hen zijn wellicht toch geologisch actief. Dankzij hun verklaring voor het destijds ontbrekende plasma, houden Jasinski en zijn collega’s het nu voor mogelijk dat deze manen de magnetische bel van hun moederplaneet voortdurend van ‘verse ionen’ voorzien. Voyager 2 kan dat niet meer nagaan. De ruimtesonde heeft Uranus inmiddels ver achter zich gelaten en bevindt zich nu in de interstellaire ruime, op bijna 21 miljard kilometer van de aarde. (EE)
Meer informatie:
→ Mining Old Data From NASA’s Voyager 2 Solves Several Uranus Mysteries
De planetoïde 99942 Apophis, genoemd naar de oude Egyptische god van duisternis en wanorde, vormt voorlopig geen bedreiging voor onze planeet, maar de aarde vormt mogelijk wel een bedreiging voor Apophis, zo blijkt uit nieuwe computersimulaties door een team van planeetwetenschappers onder leiding van Ronald Ballouz van Johns Hopkins University (VS). Wanneer Apophis in 2029 dicht langs de aarde scheert, zullen de daarbij optredende zwaartekrachtinteracties het oppervlak van de ruimterots waarschijnlijk flink door elkaar schudden (arXiv, 4 oktober). Toen Apophis in 2004 werd ontdekt, gaven berekeningen aan dat deze 335 meter grote planetoïde in april 2029 in botsing zou kunnen komen met de aarde. Inmiddels is echter duidelijk geworden dat het zo’n vaart niet zal lopen: Apophis komt niet dichterbij dan ruwweg dertigduizend kilometer. Bekend is dat de oppervlakken van ‘aardscheerders’ zoals Apophis uit grof puin bestaan. Dat is het gevolg van hun miljarden jaren lange verblijf in de ruimte, waar ze blootstaan aan de zonnewind en een bombardement van micrometeoroïden. Maar hoe het oppervlak van Apophis er precies bij ligt, is onzeker. Wel zijn er aanwijzingen dat Apophis tweelobbig is, wat erop wijst dat hij uit twee objecten bestaat die zich met elkaar hebben verenigd, net als in het geval van de aardappelvormige planetoïde Itokawa. Vanwege deze gelijkenis hebben Ballouz en zijn collega’s Itokawa als uitgangspunt genomen voor hun berekeningen aan Apophis. Daarbij hebben ze vastgesteld dat laatstgenoemde tijdens zijn dichtste nadering van de aarde flink door elkaar wordt geschud. Daarbij kunnen niet alleen rotsblokken worden opgetild, die vervolgens weer terugvallen naar het oppervlak, maar verandert mogelijk ook de tuimelende draaibeweging van Apophis. Het Europese ruimteagentschap ESA is van plan om de gebeurtenissen rond Apophis van dichtbij te volgen met behulp van de ruimtesonde Ramses, die in februari 2029 bij Apophis moet aankomen. Maar tijdens zijn scheervlucht langs zullen aardbewoners de planetoïde ook met het blote oog kunnen waarnemen als een klein stipje – ongeveer zo helder als de sterren van de Grote Beer – dat zich met grote snelheid langs de hemel verplaatst. (EE)
Meer informatie:
→ Giant 'God of Darkness' Asteroid May Not Escape Earth Unscathed (ScienceAlert)
Bij recent onderzoek is nieuw geval ontdekt van een uitgeputte zware ster die – ondanks zijn grote massa – geen supernova-explosie heeft ondergaan, maar wel een zwart gat heeft gevormd. De gebeurtenis speelde zich af in het Andromedastelsel (M31) – de grootste ‘buur’ van ons Melkwegstelsel (arXiv, 18 oktober). Een ster bestaat uit lichtgevend plasma dat voornamelijk uit waterstof bestaat. De druk en temperatuur in zo’n hemellichaam is dermate hoog dat er kernfusiereacties plaatsvinden, waarbij enorme hoeveelheden energie worden geproduceerd. Maar de waterstofvoorraad van een ster is eindig – zelfs wanneer hij ongeveer acht keer zoveel massa heeft als onze zon. Zodra de waterstof in zo’n zware ster begint op te raken, leggen de zwakker wordende kernfusiereacties het af tegen de zwaartekracht en stort de sterkern in elkaar. Doorgaans resulteert dit in een supernova-explosie waarbij de ster wordt vernietigd en een zwart gat of een neutronenster achterblijft. Maar bij de ster M31-2014-DS1 liep het anders. In 2014 merkten astronomen op dat M31-2014-DS1 gestaag helderder werd en dat vervolgens nog duizend dagen bleef. Maar in de duizend dagen daarna nam zijn helderheid sterk af. Volgens postdoc Kishalay De van het Massachusetts Institute of Technology en zijn co-auteurs had de ster bij zijn ontstaan ongeveer twintig keer zoveel massa als de zon. Aan het eind was daar nog maar zes à zeven zonsmassa’s van over. Hun waarnemingen suggereren dat de ster is omgeven door een recent uitgestoten schil van stof, alhoewel er geen heldere supernova-explosie lijkt te hebben plaatsgevonden. Maar wat kan ervoor zorgen dat een zware ster niet als supernova explodeert, terwijl hij daar wel genoeg massa voor heeft? Supernovae zijn complexe gebeurtenissen. De dichtheid in de instortende kern van de ster is zo extreem hoog, dat elektronen gedwongen worden om zich met protonen te verenigen – een proces waarbij zowel neutronen als neutrino’s ontstaan. Dit resulteert in een krachtige uitbarsting van neutrino’s: de zogeheten neutrinoschok. Zo’n neutrinoschok valt altijd stil, maar soms leeft hij weer op. En als dat gebeurt, veroorzaakt hij een explosie die zo heftig is dat het buitenste omhulsel van de ster wordt weggeblazen. Als de neutrinoschok niet stilvalt, stort de ster ineen en vormt zich een zwart gat. Dat laatste lijkt in het geval van M31-2014-DS1 te zijn gebeurd. Dat leiden Kishalay De en zijn collega’s af uit het feit dat de hoeveelheid materiaal die door de ster werd uitgestoten veel geringer was dan bij een normale supernova: het grootste deel van de stermaterie – ongeveer vijf zonsmassa’s – is op de sterkern gestort. Daarbij werd de maximummassa van een neutronenster overschreden en vormde zich een zwart gat van ongeveer zesenhalve zonsmassa. M31-2014-DS1 is overigens niet de enige mislukte supernova die we kennen. In 2009 ontdekten astronomen er ook al eentje (N6946-BH1) in het zogeheten Vuurwerkstelsel. (EE)
Meer informatie:
→ A Star Disappeared in Andromeda, Replaced by a Black Hole (Universe Today)
In de eerste week van december worden vanaf een lanceerbasis in India twee minisatellieten van het Europese ruimteagentschap ESA gelanceerd. Ze zullen, op een vaste afstand van ongeveer 150 meter van elkaar, in een langgerekte baan om de aarde worden gebracht. Tezamen vormen ze de Proba-3-missie, die tot doel heeft om de corona van de zon tot dicht bij zonsrand te onderzoeken en de zogeheten zonneconstante te meten. Proba-3 kan kortweg worden omschreven als een coronagraaf in de ruimte. Een coronagraaf is een speciale telescoop waarin het felle licht van de zon wordt afgeschermd door een ondoorzichtig schijfje dat de zon precies afdekt. Op die manier kunnen verschijnselen worden waargenomen die zich buiten de rand van de zon voordoen – iets wat anders alleen tijdens een totale zonsverduistering mogelijk is. Een van de kleine satellieten van Proba-3 – de Occulter Spacecraft (OSC) – is voorzien van een schijf die precies groot genoeg is om ervoor te zorgen dat vanuit de andere satelliet – de Coronagraph Spacecraft (CSC) – een permanente zonsverduistering te zien is. Het is de bedoeling dat vanuit diens positie de corona tot op ongeveer een tiende van de straal van de zon (695.500 kilometer) waarneembaar zal zijn. Omdat de OSC toch al permanent op de zon moet worden gericht, is aan zijn zonkant een Zwitsers instrument gemonteerd dat voortdurend zal meten hoeveel energie de zon uitstraalt – een belangrijke grootheid in het klimaatonderzoek, die ook wel de zonneconstante wordt genoemd, maar die in werkelijkheid kleine variaties vertoont die het gevolg zijn van de veranderlijke activiteit van de zon. De Proba-3-missie zal worden gelanceerd met een Indiase draagraket en gaat naar verwachting twee jaar duren. (EE)
Meer informatie:
→ Proba-3 will constantly measure Sun’s energy output
Sinds hun ontdekking in 2007 zijn talrijke snelle radioflitsen – extreem energierijke pulsen van radiostraling – aan de hemel waargenomen. Hun aantallen lopen inmiddels al in de honderden en astronomen zijn steeds meer te weten gekomen over hun oorsprong: sterk magnetische neutronensterren die ‘magnetars’ worden genoemd. En nu hebben onderzoekers onder leiding van Caltech ook ontdekt wáár in het heelal snelle radioflitsen het vaakst voorkomen: in zware sterrenstelsels met veel stervormingsactiviteit. Het nieuwe onderzoek suggereert met name dat de exotische ‘dode’ sterren, waarvan de magnetische velden honderd biljoen keer zo sterk zijn als die van de aarde, vaak ontstaan wanneer twee sterren samensmelten en vervolgens een supernova-explosie ondergaan. Tot nu toe was het onduidelijk of magnetars op deze manier ontstaan of door de explosie van één enkele ster (Nature, 6 november). De ontdekking is het resultaat van een speurtocht naar snelle radioflitsen met behulp van de Deep Synoptic Array-110 (DSA-110), een Caltech-project dat is gevestigd in het Owens Valley Radio Observatory bij Bishop, Californië. Tot nu toe heeft deze grote radiotelescoop zeventig snelle radioflitsen gedetecteerd en van elk vastgesteld in welk sterrenstelsel deze plaatsvond. Daarnaast zijn nog 23 andere snelle radioflitsen gelokaliseerd met andere telescopen. Hoewel al bekend was dat snelle radioflitsen vaak optreden in sterrenstelsels die actief sterren vormen, ontdekten de Caltech-onderzoekers tot hun verrassing dat de radioflitsen vaker voorkomen in zware sterren-vormende stelsels dan in kleine sterrenstelsels. Tot nu toe dachten astronomen dat ze in alle soorten actieve sterrenstelsels optreden. Met deze nieuwe informatie begon het team na te denken over wat de resultaten ons over snelle radioflitsen kunnen vertellen. Zware sterrenstelsels zijn vaak rijk aan metalen, omdat de metalen in ons heelal – elementen die door sterren worden aangemaakt – tijd nodig hebben om zich in de loop van de kosmische geschiedenis op te bouwen. Het feit dat snelle radioflitsen vaker voorkomen in deze metaalrijke stelsels, impliceert dat ook hun bron – de magnetars – vaker voorkomt in dit soort stelsels. Sterren die rijk zijn aan metalen – wat in astronomische context betekent dat ze veel elementen bevatten die zwaarder zijn dan waterstof en helium – worden doorgaans groter en zwaarder dan andere sterren. Bovendien maken de meeste zware sterren die als supernova exploderen deel uit van een dubbelstersysteem. ‘Een metaalrijke ster wordt groter, en draagt meer massa over aan zijn begeleider, wat in een fusie resulteert, waarbij een nog zwaardere ster wordt gevormd met een magnetisch veld dat sterker is dan dat van een afzonderlijke ster,’ aldus Kritti Sharma, postdoc bij Caltech. Kortom, omdat snelle radioflitsen bij voorkeur worden waargenomen in zware, metaalrijke sterrenstelsels, worden hun veroorzakers – de magnetars – waarschijnlijk gevormd in een metaalrijke omgeving die bevorderlijk is voor het samensmelten van twee sterren. De resultaten wijzen er daarom op dat alle magnetars het resultaat zijn van stellaire fusies. (EE)
Meer informatie:
→ Mighty Radio Bursts Linked to Massive Galaxies
In augustus 2017 waren astronomen voor het eerst getuige van een botsing tussen twee neutronensterren – een gebeurtenis die met diverse telescopen verspreid over de wereld kon worden gevolgd. Bij de botsing ontstond niet alleen het kleinste zwarte gat dat ooit is waargenomen, maar ook een vuurbal die uitdijde met bijna de snelheid van het licht, en honderden miljoenen keren feller straalde dan de zon. De gebeurtenis – een zogeheten kilonova met de formele aanduiding AT2017gfo – dankte zijn grote helderheid aan straling veroorzaakt door het verval van de zware radioactieve elementen die bij de explosie werden gevormd. Door metingen van telescopen in Australië, Zuid-Afrika en in de ruimte met elkaar te combineren, is een internationaal onderzoeksteam onder leiding van het Cosmic DAWN Center van het Niels Bohr Instituut in Kopenhagen (Denemarken) meer te weten gekomen over de explosie, en dichter bij het antwoord gekomen op de vraag waar elementen zwaarder dan ijzer vandaan komen (Astronomy & Astrophysics, 30 oktober). Kort na de botsing bereikte de gefragmenteerde stermaterie een temperatuur van vele miljarden graden. Dat is duizend maal heter dan het centrum van de zon en vergelijkbaar met de temperatuur van ons heelal, één seconde na de oerknal. Zulke extreme temperaturen leiden ertoe dat elektronen niet aan atoomkernen gebonden zijn, maar vrij ‘ronddansen’ in een zogeheten geïoniseerd plasma. In de daaropvolgende seconden, minuten, uren en dagen koelde de stermaterie af, net het heelal na de oerknal. Een van de concrete resultaten van het onderzoek is de detectie van zware elementen zoals strontium en yttrium. Deze zijn gemakkelijk te detecteren, maar waarschijnlijk zijn tegelijkertijd ook veel van de overige zware elementen gevormd waarvan de oorsprong tot nu toe onduidelijk was. ‘We kunnen nu het moment zien waarop atoomkernen en elektronen zich verenigen in de nagloed van de explosie. Voor het eerst kunnen we de vorming van de atomen zien, de temperatuur van de materie meten en de micro-fysische processen aspecten van deze verre kosmische explosie waarnemen. Het is alsof we de kosmische achtergrondstraling aanschouwen die ons van alle kanten omringt, maar in dit geval zien we het allemaal van buitenaf gebeuren. We zijn getuige van wat zich voor, tijdens en na het ontstaan van de atomen heeft afgespeeld,’ aldus Rasmus Damgaard, promovendus aan het Cosmic Dawn Center. (EE)
Meer informatie:
→ Dance of electrons measured in the glow from exploding neutron-stars
Lang geleden stroomden er rivieren op Mars en ontstond er een meer ter grootte van de Middellandse Zee onder een dik beschermend ijsdek, aldus wetenschapper Peter Buhler van het Planetary Science Institute (VS). De oorzaak: koolstofdioxide (CO2) bevroor uit de Marsatmosfeer en zette zich af op de kappen van bevroren water bij de polen. Op die manier werd de warmte uit het binnenste van Mars vastgehouden en nam de druk op het ijs toe. Dit zorgde ervoor dat ruwweg de helft van de totale watervoorraad van de planeet smolt en over het oppervlak stroomde, zonder dat er klimaatopwarming nodig was. Bij zijn nieuwe studie maakte Buhler gebruik van een model dat de uitwisseling van CO2 met de regoliet op Mars nabootst (Journal of Geophysical Research: Planet, 1 november). Wetenschappers weten al sinds de jaren 70 dat een groot deel van de CO2 van Mars momenteel gebonden is aan de regoliet: het CO2-ijs vormt laagjes van slechts één molecuul dik rond elke zandkorrel. Toen Buhler de regoliet opnam in zijn model, ontdekte hij dat de Marsatmosfeer als het ware fungeert als doorgeefluik tussen de regoliet en de zuidelijke poolkap. Dit resulteert in een cyclus die wordt gereguleerd door de stand van de rotatie-as van Mars, die met tussenpozen van honderdduizend jaar heen en weer schommelt. Wanneer de planeet bijna rechtop staat, ontvangen de polen niet veel direct zonlicht, terwijl de evenaar juist opwarmt. Onder deze omstandigheden ontsnapt het kooldioxidegas uit de regoliet naar de atmosfeer. En wanneer het de koude polen bereikt, slaat het neer op de ijskap. Als Mars dan weer kantelt, warmen de polen op en sublimeert het kooldioxide-ijs: het verandert rechtstreeks van ijs in gas, om vervolgens door de koude regoliet te worden ‘opgezogen’. Dit model werkt goed voor de huidige planeet Mars, en daarom wilde Buhler testen hoe het zou presteren in een tijd waarin de planeet een veel dichtere CO2-atmosfeer had – ongeveer 3,6 miljard jaar geleden. In zijn model slaat een ruim zeshonderd meter dikke laag koolstofdioxide neer op bijna vier kilometer dik waterijs – een laag die ongeveer net zo dik is als die op de huidige zuidpool. Het kooldioxide-ijs werkt als een isolator en houdt de warmte vast die door het hete binnenste van de planeet wordt uitgestraald. Ook vergroot het de druk op de kap van waterijs. Als gevolg daarvan worden enorme hoeveelheden smeltwater uit de ijskap gedrukt. Dat water probeert te ontsnappen, maar bevriest uiteindelijk tot permafrost. Zodra de rivieren onder het ijs de rand van het ijsdek bereiken, komen ze in aanraking met de koude atmosfeer, waar ze wegsijpelende stroompjes vormen, die vervolgens uitgroeien tot overkapte ijsrivieren. (EE)
Meer informatie:
→ Carbon dioxide collapse: How water flowed on an icy Mars
Met behulp van gegevens van NASA-ruimtetelescopen Webb (infrarood) en Chandra (röntgen) heeft een team astronomen van NOIRLab (VS), in het centrum van een sterrenstelsel dat we ‘slechts’ anderhalf miljard jaar na de oerknal waarnemen, een superzwaar zwart gat ontdekt dat in een fenomenaal tempo materie opslokt: meer dan veertig keer de theoretische limiet. Hoewel van korte duur, kan dit ‘feestmaal’ astronomen helpen begrijpen hoe superzware zwarte gaten zo snel konden groeien in het vroege heelal (Nature, 4 november). In het centrum van de meeste sterrenstelsels bevindt zich een superzwaar zwart gat, en moderne telescopen blijven ze op verrassend vroege momenten in de geschiedenis van het heelal waarnemen. Hoe deze zwarte gaten zó snel zó groot konden worden is nog onduidelijk, maar de ontdekking van een relatief licht superzwaar zwart gat – slechts anderhalf miljard jaar na de oerknal – dat zich in enorm tempo tegoed doet aan materie biedt een mogelijke verklaring. LID-568 is ontdekt door een team van astronomen onder leiding van Hyewon Suh (NOIRLab). Ze gebruikten de Webb-ruimtetelescoop om een aantal sterrenstelsels waar te nemen die bij een eerdere gelegenheid op röntgengolflengten waren ontdekt met de ruimtetelescoop Chandra. Op röntgengolflengte zijn de betreffende sterrenstelsels heel helder, maar in het visuele en infraroodbereik waren ze tot nu toe vrijwel onwaarneembaar. De gevoelige Webb-ruimtetelescoop heeft daar nu verandering in gebracht. Webb’s nabij-infraroodinstrument NIRSPec heeft het team in staat gesteld om een volledig beeld te krijgen van LID-568 en zijn omgeving. Dit heeft geresulteerd in de onverwachte ontdekking van krachtige jets van gas rond het zwarte gat. Suh en haar team ontdekten dat LID-568 zich voedt met materie, met een snelheid van veertig maal de Eddington-limiet. Deze limiet heeft betrekking op de maximale helderheid die een zwart gat kan bereiken en de snelheid waarmee het materie kan opslokken. Toen bleek dat de helderheid van LID-568 zoveel hoger is dan theoretisch mogelijk werd geacht, wist het team dat ze iets opmerkelijks te pakken hadden. De resultaten leveren nieuwe inzichten op over het ontstaan van superzware zwarte gaten, waarvoor de kiemen zouden zijn gelegd bij ofwel de explosies van de eerste sterren in het heelal of bij het rechtstreeks ‘ineenstorten’ van grote wolken gas. Tot nu toe konden deze theorieën niet met waarnemingen worden bevestigd. De ontdekking van een superzwaar zwart gat dat de Eddington-limiet aan zijn laars lapt, suggereert nu dat de massatoename van een zwart gat voor een groot deel plaatsvindt tijdens één enkele periode van snelle voeding, ongeacht of het zwarte gat is voortgekomen uit een supernova-explosie of het in elkaar klappen van een gaswolk. De ontdekking van LID-568 laat eveneens zien dat het mogelijk is voor een zwart gat om zijn Eddington-limiet te overschrijden, en biedt astronomen de kans om te onderzoeken hoe dit gebeurt. Het is mogelijk dat de krachtige jet die in LID-568 is waargenomen als uitlaatklep fungeert voor de overtollige energie die door de extreme vraatzucht van het zwarte gat wordt gegenereerd. Op die manier wordt voorkomen dat het systeem te instabiel wordt. (EE)
Meer informatie:
→ NSF NOIRLab Astronomers Discover the Fastest-Feeding Black Hole in the Early Universe
Een team van astronomen van de Universiteit van Arizona in Tucson (VS) heeft de ruimtetelescopen Hubble en Webb van NASA gebruikt om de bijna 150 miljard kilometer grote puinschijf rond de heldere ster Wega te bestuderen. Webb ziet de infrarode gloed van de schijf, die wordt veroorzaakt door deeltjes ter grootte van zandkorreltjes die om de ster cirkelen. Hubble neemt de nog veel fijnere deeltjes in de buitenste halo van de schijf waar, die het felle licht van de centrale ster weerkaatsen. Sterren-in-wording verzamelen materiaal uit een schijf van stof en gas die het afgeplatte overblijfsel is van de wolk waaruit ze zijn ontstaan. Medio jaren 90 heeft Hubble rond veel jonge sterren van zulke schijven ontdekt, en aangenomen wordt dat uit het daarin aanwezige gas en stof planeten kunnen ontstaan. Volgroeide sterren zoals Wega zijn omgeven door stofrijke schijven die zijn verrijkt met puin dat afkomstig is van botsende planetoïden en verdampende kometen. Iets vergelijkbaar speelt zich ook in ons eigen zonnestelsel af, waar het stof waarneembaar is als het zogeheten zodiakaal licht. De verdeling van het stof in de schijf van Wega is gelaagd, omdat de druk van het sterlicht de kleinste deeltjes harder naar buiten duwt dan de wat grotere deeltjes. De schijf van Wega blijkt op ongeveer negen miljard kilometer van de ster (tweemaal de afstand zon-Neptunus) een subtiele leemte te vertonen, maar afgezien daarvan is hij naar binnen toe heel egaal, tot aan het punt dat hij verloren gaat in de felle gloed van de ster. Volgens de astronomen bewijst dit dat er – anders dan bij onze eigen zon – geen grote planeten om Wega cirkelen. Verrassend genoeg is de nabije ster Fomalhaut, die ruwweg op dezelfde afstand staat als Wega en ongeveer even oud en heet is, omgeven door drie in elkaar geneste puingordels. En aangenomen wordt dat het stof in deze gordels in toom wordt gehouden door de zwaartekracht van één of meer planeten. Daar lijkt bij Wega dus geen sprake van te zijn. Gezien de fysieke gelijkenis tussen Wega en Fomalhaut lijkt het vreemd dat Fomalhaut wel planeten heeft kunnen vormen en Wega niet, terwijl bij beide dezelfde fysieke processen aan het werk zijn. Ligt dat aan de ster Wega zelf of aan diens specifieke omgeving? Het onderzoeksteam heeft er nog geen verklaring voor. (EE)
Meer informatie:
→ NASA's Hubble, Webb Probe Surprisingly Smooth Disk Around Vega
Op basis van recente gegevens van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) van de Mayall-telescoop in Arizona (VS) opperen wetenschappers van vijf Amerikaanse instituten, onder wie Rogier Windhorst van Arizona State University, dat er een verband bestaat tussen donkere energie en het aantal zwarte gaten in het heelal (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 28 oktober). Bijna 14 miljard jaar geleden, helemaal aan het begin van de oerknal, zorgde een mysterieuze energie ervoor dat het heel jonge heelal in steeds sneller tempo uitdijde. Volgens de meest gangbare theorie over het ontstaan van ons heelal werd tijdens deze zogeheten kosmische inflatie alle bekende materie gevormd. Deze oude energie vertoonde overeenkomsten met de huidige donkere energie die ruwweg driekwart van alle energie in het heelal voor zijn rekening neemt, en ervoor zorgt dat het huidige heelal steeds sneller uitdijt. Maar astronomen weten nog steeds niet wat donkere energie is. Windhorst en collega’s zoeken de bron ervan nu bij de al bijna even mysterieuze zwarte gaten. ‘Als je jezelf de vraag stelt ‘Waar in het latere heelal zien we een zwaartekracht die net zo sterk is als aan het begin van het heelal?’, dan is het antwoord: in het centrum van zwarte gaten,’ zegt Gregory Tarlé, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Michigan en medeauteur van het nieuwe onderzoek. ‘Het is mogelijk dat wat er tijdens de inflatie gebeurde nu in omgekeerde richting verloopt: de materie van zware, uitgeputte sterren verandert tijdens hun ineenstorting tot zwarte gaten weer in donkere energie – als een kleine omgekeerde oerknal.’ ‘Als zwarte gaten donkere energie bevatten, kunnen ze zich koppelen aan, en meegroeien met, het uitdijende heelal, waardoor de kosmische uitdijing versnelt’, voegt hoofdauteur Kevin Croker van Arizona State University daaraan toe. ‘We weten niet precies hoe dit gebeurt, maar we zien wel bewijs dát het gebeurt.' Gegevens van het eerste jaar van het geplande vijf jaar durende onderzoek met DESI wijzen erop dat de dichtheid van de donkere energie in de loop van de tijd is toegenomen. En deze toename is in overeenstemming met de toename van de hoeveelheid en de massa van zwarte gaten. Op zoek naar bewijs voor donkere energie uit zwarte gaten, heeft het team tientallen miljoenen sterrenstelsels met de vijfduizend ‘robotogen’ van DESI bekeken. Het instrument kan miljarden jaren in het verleden kijken en verzamelt gegevens die kunnen worden gebruikt om met grote precisie te meten hoe snel het heelal uitdijt. Deze gegevens kunnen op hun beurt weer worden gebruikt om te meten hoe de hoeveelheid donkere energie in de loop van de tijd verandert. De onderzoekers hebben de verzamelde gegevens vergeleken met hoeveel zwarte gaten er bij de dood van zware sterren zijn gevormd. De resultaten wijzen erop dat er een verband bestaat tussen beide verschijnselen: toen er nieuwe zwarte gaten ontstonden bij de dood van zware sterren, nam de hoeveelheid donkere energie in het heelal in gelijke mate toe. Volgens de onderzoekers maakt dit het aannemelijk dat zwarte gaten bronnen van donkere energie zijn. (EE)
Meer informatie:
→ Evidence mounts for dark energy from black holes
Onderzoek door wiskundigen van de University of Technology Sydney (UTS, Australië) laat zien dat de zogeheten Stelling van de eindeloos typende apen weliswaar correct is, maar ook enigszins misleidend. Ons heelal zal namelijk bij lange na niet lang genoeg bestaan om een willekeurig typende aap bij toeval het complete werk van Shakespeare te laten reproduceren (Franklin Open, december 2024). Het bekende gedachte-experiment van de typende aap wordt gebruikt om de beginselen van waarschijnlijkheid en willekeur begrijpelijk te maken. Het zeer tot de verbeelding sprekende idee duikt op allerlei plekken op – van tv-series zoals The Simpsons tot het Transgalactisch Liftershandboek van Douglas Adams en TikTok. In zijn oorspronkelijke vorm maakt de stelling gebruik van ofwel een oneindig aantal apen, ofwel een oneindige periode van ‘apenarbeid’. UTS-wiskundigen Stephen Woodcock en Jay Falletta besloten echter om te kijken naar de waarschijnlijkheid dat een gegeven reeks letters wordt getypt door een eindig aantal apen, binnen een eindige tijdperiode die in overeenstemming is met de geschatte levensduur van ons heelal. Bij hun berekeningen zijn Woodcock en Falletta ervan uitgegaan dat een toetsenbord alle letters van de Engelse taal bevat evenals enkele leestekens. Behalve met één enkele aap hebben ze de berekeningen ook uitgevoerd met de huidige wereldbevolking van ongeveer tweehonderdduizend chimpansees. Daarbij gebruikten ze een nogal optimistische typesnelheid van één toetsaanslag per seconde tot aan de voorspelde warmtedood van het heelal over ongeveer 10^100 jaar (een 1 gevolgd door 100 nullen). De resultaten laten zien dat er een kans van ongeveer vijf procent bestaat dat een chimpansee gedurende zijn leven bij toeval een keer het woord ‘bananen’ typt. Maar zelfs alle chimpansees tezamen kunnen het complete werk van Shakespeare (bijna 900.000 woorden) vrijwel zeker niet reproduceren voordat het heelal aan zijn eind komt. (EE)
Meer informatie:
→ It's not to be. Universe too short for Shakespeare typing monkeys
Een internationaal onderzoeksteam heeft een van de snelst ronddraaiende sterren in het heelal opgespoord. Het gaat om een neutronenster die 716 keer per seconde om zijn as tolt. De ster werd ontdekt met de NICER-röntgentelescoop van NASA, die op het internationale ruimtestation ISS is gemonteerd. De neutronenster maakt deel uit van een röntgendubbelster met de aanduiding ‘4U 1820-30’ en staat van ons uit gezien in het sterrenbeeld Boogschutter, in het centrale deel van ons Melkwegstelsel (The Astrophysical Journal, 25 oktober). Een neutronenster is het overblijfsel van een grote, zware ster die als supernova is geëxplodeerd. Er zijn een paar duizend van bekend, en allemaal zijn ze in allerlei opzichten extreem. Het nu ontdekte exemplaar is slechts twaalf kilometer groot, maar heeft anderhalf keer zoveel massa als onze zon. Zijn snelle draaiing wordt alleen geëvenaard door een andere neutronenster: PSR J1748–2446. Zoals gezegd maakt de nu ontdekte neutronenster deel uit van een röntgendubbelster. Zo’n systeem bestaat uit twee sterren die om elkaar heen draaien. Bijzonder is dat de begeleider een witte dwerg is die ongeveer zo groot is als de aarde. Diens omlooptijd bedraagt slechts elf minuten – een record voor een dubbelster van dit type. Met zijn sterke zwaartekracht trekt de neutronenster materiaal weg van zijn grote begeleider. Steeds als zich genoeg van dat materiaal op zijn oppervlak heeft verzameld, vindt er een enorme explosie plaats, vergelijkbaar met een atoombom. Daarbij wordt de neutronenster tijdelijk honderdduizend keer zo helder als de zon. Tussen 2017 en 2021 hebben de onderzoekers vijftien van deze explosies waargenomen. (EE)
Meer informatie:
→ DTU Researchers discover one of the fastest-spinning stars in the Universe
Onder leiding van David Bogensberger van de Universiteit van Michigan (VS) hebben astronomen meer dan twintig jaar aan gegevens van NASA’s röntgen-ruimtetelescoop Chandra doorgespit om aan te tonen dat er nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen te doen zijn rond zwarte gaten. Bij het onderzoek is met name gekeken naar de bundel of jet van energierijke deeltjes door door het superzware zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel Centaurus A de ruimte in wordt geblazen (The Astrophysical Journal, 20 oktober). Jets laten zich met allerlei soorten telescopen bekijken, zoals telescopen die radiogolven ontvangen en telescopen die röntgenstraling detecteren. Sinds de lancering van Chandra in 1999 zijn veel astronomen vooral geïnteresseerd in de onverwacht heldere röntgensignalen van jets. Daarbij leek het erop dat de röntgenwaarnemingen in wezen dezelfde details vertoonden als de meer gangbare radiowaarnemingen – niet erg verrassend. Maar het nieuwe onderzoek laat zien dat er toch subtiele verschillen zijn tussen de radio- en röntgenwaarnemingen. Bogensberger en zijn team hebben Centaurus A waargenomen van 2000 tot 2022. Speciaal daarvoor ontwikkelde Bogensberger een computeralgoritme dat heldere ‘knopen’ in de jet van Centaurus A volgde. Door knopen te volgen die zich gedurende hun waarneemperiode verplaatsten, konden astronomen hun snelheden meten. De snelheid van één van deze knopen was opmerkelijk: hij leek sneller te bewegen dan het licht – een verschijnsel dat superluminale beweging wordt genoemd. De jets van bijvoorbeeld een quasar kunnen vele duizenden lichtjaren lang zijn en met een snelheid bewegen die bijna gelijk is aan de lichtsnelheid. Zulke jets worden ook wel relativistische jets genoemd. Jets die een snelheid hebben van minimaal 70,7 procent van de lichtsnelheid en ten opzichte van de gezichtslijn onder een hoek van minder dan negentig graden staan, kunnen schijnbaar een snelheid vertonen die groter is dan de lichtsnelheid. Dit is te verklaren doordat de straling van de naar de waarnemer toe bewegende jet steeds minder tijd nodig heeft om de waarnemer te bereiken. Daardoor lijkt het voor de waarnemer alsof de jet in de richting loodrecht op de gezichtslijn sneller dan het licht beweegt. Het team stelde vast dat de werkelijke snelheid van de knoop ten minste 94 procent van de lichtsnelheid bedroeg. Eerder was met behulp van radiowaarnemingen al de snelheid van een knoop op een vergelijkbare locatie gemeten. Dat resultaat gaf aan dat de knoop een aanzienlijk lagere snelheid had: ongeveer 80 procent van de lichtsnelheid. ‘Dit betekent dat de bewegingen van radio- en röntgenstraalknopen van elkaar verschillen,’ aldus Bogensberger. En dat was niet het enige dat aan de data opviel. Zo wijzen radiowaarnemingen erop dat de knopen die zich het dichtst bij het centrale zwarte gat bevinden het snelst verplaatsen. Bij hun onderzoek ontdekten Bogensberger en zijn collega’s echter dat de snelste knoop zich niet het verst van het centrale zwarte gat bevindt, maar ook niet het dichtst erbij. Kortom: er is nog veel dat we niet begrijpen als het om röntgenjets gaat. Bogensberger wil daarom nu de door zijn team ontwikkelde aanpak gebruiken om andere jets te bestuderen. Eenvoudig is dat niet, want met een afstand van ongeveer twaalf miljoen lichtjaar is de jet van Centaurus A de dichtstbijzijnde die we kennen. Andere jets staan nog verder weg. (EE)
Meer informatie:
→ Seeing a black hole’s jet in a new light
Het TRAPPIST-1-stelsel is de droom van elke sciencefictionschrijver. Rond de rode dwergster in het centrum van het stelsel cirkelen zeven planeten ter grootte van de aarde. Drie daarvan bevinden zich binnen de leefbare zone van de ster, waar het relatief koel is en vloeibaar water kan bestaan. En dat alles op slechts veertig lichtjaar van ons vandaan. Het klinkt bijna te mooi om waar te zijn, en misschien is het dat ook. Van rode dwergsterren is immers bekend dat ze tijdens hun jeugd enorm actief zijn. Ze stoten verwoestende stervlammen uit die ertoe kunnen leiden dat nabije planeten hun atmosfeer kwijtraken. En zelfs als zo’n planeet zijn atmosfeer weet vast te houden, zou hij nog steeds met sterke ultraviolette straling worden bestookt. Pas als een rode dwerg volwassen is, komt hij tot rust. Omdat planeten heel dicht om hun rode dwergster moeten draaien om leefbaar te kunnen zijn, bestond de zorg dat leven daar geen schijn van kans heeft. De omstandigheden zijn er gewoon te ruig. Toch biedt nieuw onderzoek een sprankje hoop (MNRAS, 24 oktober). Een team van exobiologen – wetenschappers die zich met leven op andere planeten dan de onze bezighouden – heeft laboratoriumonderzoek gedaan naar twee soorten bacteriën: Deinococcus radiodurans – een soort waarvan bekend is dat hij bestand is tegen ultraviolette straling – en Escherichia coli – een soort die gevoelig is voor straling. Beide soorten werden bestookt met ultraviolette stralingsniveaus zoals die zich op de meest leefbare TRAPPIST-werelden voordoen. Met de E. coli-variant liep het niet goed af: alleen op de buitenste planeet van het TRAPPIST-stelsel zouden deze bacteriën het een tijdje kunnen volhouden. Maar D. radiodurans verging het beter. Weliswaar overleefde slechts ongeveer 1 op de 600 miljoen de nagebootste stervlam voor de binnenste planeet, maar gezien de gemiddelde tijdspanne tussen zulke vlammen zou de bacterie er stand kunnen houden, zeker als hij mettertijd meer resistentie tegen de uv-straling weet te ontwikkelen. Het lijkt er dus op dat primitief leven in het TRAPPST-stelsel een moeilijke evolutionaire weg te gaan heeft, maar dat zelfs de hevigste stervlammen de planeten niet compleet steriliseren. Helemaal kansloos is leven op planeten rond rode dwergsterren dus niet. (EE)
Meer informatie:
→ Could Life at TRAPPIST-1 Survive the Star's Superflares? (bron: Universe Today)
Titan, de grootste maan van Saturnus, is de enige plek buiten de aarde waar een atmosfeer en vloeistoffen in de vorm van rivieren, meren en zeeën te vinden zijn. Vanwege de extreem lage temperaturen bestaan de vloeistoffen op Titan uit koolwaterstoffen zoals methaan en ethaan, en bestaat het oppervlak uit vast waterijs. Nieuw onderzoek, onder leiding van planeetwetenschappers van de Universiteit van Hawaï in Mānoa, heeft nu aan het licht gebracht dat er mogelijk ook methaangas in het ijs opgesloten zit. Het resultaat is een korst van minstens vijf kilometer dik, die de onderliggende ijsschol verwarmt en mogelijk ook de methaanrijke atmosfeer van Titan kan verklaren (The Planetary Science Journal, 30 september). Het onderzoeksteam, onder leiding van Lauren Schurmeier van het Hawai‘i Institute of Geophysics and Planetology, heeft aan de hand van meetgegevens van NASA-ruimtesonde Cassini vastgesteld dat de inslagkraters op Titan honderden meters minder diep zijn dan verwacht, en dat er slechts negentig kraters op deze maan herkenbaar zijn. Dat is verrassend, omdat inslagkraters op andere ijsmanen vaak veel talrijker en dieper zijn. Er moet dus iets gebeuren op Titan dat de kraters relatief snel uitwist. Op zoek naar een mogelijke oorzaak hebben Schurmeier en haar team met behulp van een computermodel onderzocht hoe de korst van Titan terug zou veren als de ijsschol bedekt zou zijn met een isolerende laag methaanhydraat – een soort waterijs waarin methaangas opgesloten zit. Omdat niet bekend is welke vorm de kraters op Titan oorspronkelijk hadden, hebben de wetenschappers twee plausibele begindiepten vergeleken, gebaseerd op ’verse’ kraters op de ongeveer net zo grote ijsmaan Ganymedes van de planeet Jupiter. ‘Aan de hand van dit model konden we schatten dat de korst van methaanhydraat op Titan vijf tot tien kilometer dik moet zijn, omdat simulaties van deze dikte kraterdieptes produceerden die het best bij de waargenomen kraters pasten,’ legt Schurmeier uit. ‘De methaanhydraatkorst warmt het binnenste van Titan op en veroorzaakt een verrassend snelle topografische ontspanning, die ervoor zorgt dat kraters ongeveer net zo snel terugveren als (de korst onder) snel bewegende warme gletsjers op aarde.’ In het licht van deze bevindingen is de topografie op Titan logisch. En de bepaling van de dikte van de methaanhydraatkorst geeft aan dat het inwendige van deze Saturnusmaan waarschijnlijk warm is, en niet koud en star zoals eerder werd gedacht. Mogelijk vindt (of vond) er zelfs convectie plaats. ‘Als er leven is in de oceaan onder de dikke ijsmantel van Titan, worden sporen daarvan wellicht omhoog getransporteerd, waar ze gemakkelijker traceerbaar zijn voor toekomstige ruimtemissies’, aldus Schurmeier. De eerstvolgende missie naar Titan – Dragonfly – staat gepland voor juli 2028 en zal daar in 2034 aankomen. (EE)
Meer informatie:
→ Saturn’s moon Titan has insulating methane-rich crust up to six miles thick
De eerste foto van het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel – Sagittarius A* – geeft misschien geen betrouwbaar beeld van zijn uiterlijk, zo suggereert nieuw Japans onderzoek (MNRAS, 31 oktober). Een onderzoeksteam onder leiding van het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) zegt dat hun onderzoek erop wijst dat de accretieschijf rond Sagittarius A* eerder langwerpig is dan rond, zoals te zien is op de foto die in 2022 door de Event Horizon Telescope (EHT)-samenwerking is vrijgegeven. De EHT-opname toont een centraal donker gebied waar het zwarte gat zich bevindt, omgeven door het licht dat afkomstig is van superheet gas dat door immense zwaartekrachten wordt versneld. Maar volgens het NAOJ-team zou dit deels een artefact kunnen zijn, dat is ontstaan door de manier waarop de foto werd opgebouwd. Daarbij wijzen de Japanse wetenschappers er overigens op dat tal van onderzoekers de resultaten van de EHT-opname hebben bevestigd. ‘Onze afbeelding is enigszins uitgerekt in de oost-west-richting, en het oostelijke deel is helderder dan het westelijke’, zegt professor Miyoshi Makoto van het NAOJ. ‘Waar die opvallende ring op de eerste foto dan vandaan komt? Wel, geen enkele telescoop maakt volmaakte astronomische foto’s. We denken dat het ringbeeld het resultaat was van fouten tijdens de beeldvormingsanalyse van de EHT, en dat een deel ervan een artefact was in plaats van de werkelijke astronomische structuur.’ De EHT nam Sagittarius A* in 2017 waar met een netwerk van acht radiotelescopen, met behulp van een techniek die radio-interferometrie heet. Daarbij werden de resultaten van de verschillende telescopen met elkaar gecombineerd. De resultaten werden in 2022 gepubliceerd. Anders dan bij normale fotografie bevatten de gegevens van ver uit elkaar staande radiotelescopen veel ‘gaten’, zo stellen de Japanse onderzoekers. Dus worden er speciale algoritmen gebruikt om daar een beeld uit te construeren. Bij het nieuwe onderzoek zijn veelgebruikte traditionele methoden toegepast op de EHT-data, in plaats van de analysemethode van de EHT zelf. Hoewel het uiterlijk van Sagittarius A* dat nu is gepresenteerd verschilt van de resultaten van het EHT-team, zijn beide plausibel. De wetenschappers achter de nieuwe studie hopen dat verdere discussie tussen astronomen, in combinatie met verbeterde analysemethoden en de gegevens van de vervolgwaarnemingen die sinds 2018 zijn uitgevoerd, een getrouwere weergave van Sagittarius A* zullen opleveren. (EE)
Meer informatie:
→ First picture of Milky Way black hole ‘may not be accurate’
Een internationaal team van astronomen heeft, met behulp van de Webb-ruimtetelescoop, voor het eerst een grote populatie van mogelijke bruine dwergen buiten de Melkweg ontdekt. Deze ‘mislukte sterren’ bevinden zich op ongeveer 200.000 lichtjaar van de aarde in de jonge sterrenhoop NGC 602, aan de rand van de Kleine Magelhaense Wolk (The Astrophysical Journal, 23 oktober). Met massa’s variërend van ongeveer 13 tot 75 Jupitermassa’s zijn bruine dwergen de zware broers van de grote gasplaneten. Maar anders dan planeten cirkelen ze niet om sterren: ze zwerven vrij rond. Ze hebben wel andere dingen gemeen, zoals hun atmosferische samenstelling en opvallende wolkenpatronen. Vanwege de geringe hoeveelheden elementen zwaarder dan waterstof en helium lijken de omstandigheden in NGC 602 sterk op die in het vroege heelal. De aanwezigheid van donkere wolken van dicht stof en het feit dat de sterrenhoop rijk is aan geïoniseerd gas, wijst ook op het bestaan van stervormingsprocessen. Samen met het bijbehorende HII-gebied N90, dat wolken van geïoniseerde atomaire waterstof bevat, biedt deze sterrenhoop de mogelijkheid om stervormingsscenario’s te onderzoeken onder omstandigheden die sterk verschillen van die in de omgeving van de zon. ‘Door de jonge metaalarme bruine dwergen te bestuderen die onlangs in NGC 602 zijn ontdekt, komen we dichter bij de beantwoording van de vraag hoe sterren en planeten zijn gevormd onder de woeste omstandigheden van het vroege heelal’, aldus teamlid Elena Sabbi, die verbonden is aan NOIRLab, de Universiteit van Arizona en het Space Telescope Science Institute (VS). De gegevens van het team omvatten onder meer een spectaculaire opname van NGC 602, die met de nabij-infraroodcamera NIRCam van de Webb-ruimtetelescoop is gemaakt. Daarop zijn behalve de sterren van deze sterrenhoop ook jonge stellaire objecten en grote wolken van gas en stof te zien, evenals verre sterrenstelsels en andere sterren van de Kleine Magelhaense Wolk. Webb’s voorganger Hubble had al laten zien dat NGC 602 heel jonge sterren van geringe massa bevat, maar pas met Webb werd zichtbaar hoe talrijk de sub-stellaire objecten in de sterrenhoop zijn. Op de nieuwe opname zijn 64 kandidaat-bruine dwergen gevonden, met massa’s uiteenlopend van 50 tot 84 Jupitermassa’s. Verdere waarnemingen zijn nodig om de ware aard van deze objecten te bevestigen. (EE)
Meer informatie:
→ Webb finds candidates for first young brown dwarfs outside the Milky Way
Een planeet buiten ons zonnestelsel met de aanduiding GJ 9827d heeft een atmosfeer die bijna volledig uit hete watermoleculen bestaat. Dat is de conclusie van waarnemingen van deze exoplaneet met de Webb-ruimtetelescoop (Astrophysical Journal Letters, 4 oktober). GJ 9827d werd in 2017 ontdekt bij een ster op circa honderd lichtjaar van de aarde. Hij is ongeveer twee keer zo groot als onze planeet en heeft drie keer zoveel massa. Daarmee is het een zogeheten sub-Neptunus. Planeten van dit type zijn het talrijkst in ons Melkwegstelsel, al heeft ons zonnestelsel er niet één. Om de samenstelling van de atmosferen van exoplaneten te onderzoeken, analyseren astronomen het sterlicht dat door de atmosfeer van een planeet wordt gefilterd wanneer deze voor zijn moederster langs trekt – een techniek die absorptie-spectroscopie wordt genoemd. En dat is precies wat een team onder leiding van Caroline Piaulet-Ghorayeb van de Universiteit van Montreal heeft gedaan. MacDonald en haar collega’s hebben in november 2023 twee planeetovergangen van GJ 9827d waargenomen. Eerder had de Hubble-ruimtetelescoop vergelijkbare waarnemingen gedaan, en daarbij waren al sporen van watermoleculen in de atmosfeer van deze planeet ontdekt. Maar onduidelijk was nog om hoeveel water het ging. Door de gegevens van Hubble en Webb met elkaar te combineren, is nu vast komen te staan dat de atmosfeer van de planeet vrijwel geheel uit water bestaat. En omdat de temperatuur van GJ 9827d ongeveer 340 graden Celsius bedraagt, moet al dat water tot stoom zijn verdampt. Dat zulke stoomplaneten bestaan werd al vermoed, maar het is voor het eerst de astronomen er ook echt eentje hebben ontdekt. En hoewel er op GJ 9827d geen leven kan bestaan zoals wij dat kennen, opent de ontdekking van zijn bijzondere atmosfeer nieuwe mogelijkheden voor het onderzoek van andere kleine planeten en hun leefbaarheid. ‘Tot nu toe bestonden bijna alle exoplaneten met een meetbare atmosfeer voornamelijk uit de lichtste elementen - waterstof en helium - zoals bij de gasreuzen Jupiter en Saturnus in ons zonnestelsel’, aldus Piaulet-Ghorayeb. ‘Dat wil zeggen dat ze duidelijk verschillen van de leefomgeving van de aarde. GJ 9827 d is de eerste planeet waar we een atmosfeer aantreffen die rijk is aan zware moleculen, zoals bij de aardse planeten in ons zonnestelsel. Dit is een enorme stap. Als je eenmaal weet dat ze bestaan, is dit het soort planeten waar wetenschappers in de toekomst naar leven kunnen zoeken.’ (EE)
Meer informatie:
→ JWST finds first exotic ‘steam world’ shrouded in water vapor
Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en het California Institute of Technology (Caltech) hebben ontdekt dat V404 Cygni, een bijzonder stersysteem in het sterrenbeeld Zwaan op ongeveer achtduizend lichtjaar van de aarde, drie in plaats van twee objecten telt. Bekend was al dat om het centrale zwarte gat een lichte ster draait met een omlooptijd van slechts zesenhalve dag. Deze laatste verliest massa aan het zwarte gat en wordt geleidelijk opgeslokt. Ontdekt is nu dat er om het zwarte gat nog een tweede ster cirkelt, maar dan op veel grotere afstand. Geschat wordt dat deze ster een omlooptijd van 70.000 jaar heeft (Nature, 23 oktober). Het feit dat het zwarte gat een object op zo’n grote afstand nog in zijn greep weet te houden, roept vragen op over de oorsprong van het zwarte gat zelf. Aangenomen wordt dat een zwarte gat als dit ontstaat bij de ontploffing van een uitgeputte ster – een zogeheten supernova-explosie. Daarbij komen in korte tijd enorme hoeveelheden energie en licht vrij, en stort de kern van de ster ineen tot een zwart gat. Door de explosie zouden objecten die in wijde banen om de ster cirkelen bijna letterlijk moeten weggeschopt. De nu ontdekte tweede ster zou er dus niet meer mogen zijn. De onderzoekers vermoeden daarom dat het zwarte gat is gevormd door een minder hevig proces dat ‘direct collapse’ (rechtstreekse ineenstorting) wordt genoemd. Daarbij zakt de uitgeputte ster geleidelijk in elkaar en vormt zich een zwart gat zonder dat er een spectaculaire uitbarsting van licht en energie optreedt. Deze relatief rustige gebeurtenis zou objecten op grote afstand vrijwel ongemoeid laten. Om dit idee te onderbouwen heeft Kevin Burdge van het MIT, medeauteur van het vandaag in Nature gepubliceerde onderzoeksverslag, tienduizenden computersimulaties gedaan. Elk van deze simulaties begon met drie sterren (de derde was het zwarte gat voordat het een zwart gat werd), maar steeds met een iets ander scenario voor hoe de derde ster een zwart gat zou kunnen zijn geworden en de bewegingen van de beide andere sterren beïnvloedde. Ook simuleerde hij scenario’s waarbij de ster een direct collaps onderging. ‘De overgrote meerderheid van de simulaties laat zien dat de eenvoudigste manier om deze drievoudige ster mogelijk te maken een directe instorting is,’ is de conclusie van Burdge. Een mooie bijkomstigheid van de ontdekking van de derde ster is dat deze informatie verschaft over de leeftijd van het drievoudige stersysteem. Uit waarnemingen blijkt dat de buitenste ster bezig is om in een rode reus te veranderen – een fase aan het einde van het leven van een ster. Daaruit kan worden afgeleid dat de drie leden van het V404 Cygni-systeem ongeveer vier miljard jaar oud zijn. (EE)
Meer informatie:
→ Physicists discover first “black hole triple”
De grote ster Betelgeuze vertoont al jaren sterke helderheidsfluctuaties, waardoor sommige astronomen vermoeden denken dat hij op het punt staat om een supernova-explosie te ondergaan. Nieuw onderzoek door wetenschappers van het Flatiron Institute (New York, VS) suggereert echter dat de veranderlijke helderheid van de ster te wijten is aan een begeleidende ster, die de bijnaam ‘Betelbuddy’ heeft gekregen. Betelbuddy functioneert als een soort sneeuwschuiver die het stof rond Betelgeuze opruimt en deze ster daardoor tijdelijk helderder doet lijken. Betelgeuze is een rode reuzenster die ongeveer honderdduizend keer zo helder is als onze zon, en ruim duizend keer zo groot. De ster nadert zijn levensduur en als hij ‘sterft’ zal de resulterende explosie wekenlang helder genoeg zijn om hem overdag aan de hemel te zien staan. Astronomen kunnen voorspellen wanneer Betelgeuse zijn laatste adem zal uitblazen door zijn hartslag te controleren. Betelgeuze is een veranderlijke ster, wat betekent dat hij afwisselend helderder en zwakker wordt. Hij pulseert als een kloppend hart, maar vertoont twee hartslagen tegelijk: één met een periode van iets meer dan de jaar en één met een periode van ongeveer zes jaar. Een van deze hartslagen is de fundamentele modus van Betelgeuze: het patroon van afwisselend helderder en zwakker worden dat eigen is aan de ster zelf. Als zijn trage hartslag inderdaad de fundamentele modus is, kan dit betekenen dat Betelgeuze eerder dan verwacht zal ontploffen. Als echter de snelle hartslag de fundamentele modus is, zoals diverse onderzoeken suggereren, dan is de langere hartslag een zogeheten lange secundaire periode. En in dat geval ligt de oorzaak van het traag oplichten en dimmen buiten de ster. Wetenschappers weten nog steeds niet precies waardoor de lange secundaire perioden van een ster als Betelgeuze worden veroorzaakt, maar één van de theorieën is dat ze ontstaan als een ster een om hem heen cirkelende begeleider heeft, die zich een weg baant door het stof dat de ster produceert en uitstoot. Het verplaatste stof tempert de helderheid van de ster zoals we die vanaf de aarde waarnemen, waardoor het lijkt of de ster minder licht uitstraalt. Het team van het Flatiron Institute heeft onderzocht of de lange secundaire periode ook door andere processen kan worden veroorzaakt, zoals wervelingen binnen de ster zelf of periodieke veranderingen in diens krachtige magnetische veld. Maar een analyse gebaseerd op directe waarnemingen en geavanceerde computermodellen die de activiteit van de ster nabootsen laat zien dat Betelbuddy verreweg de meest waarschijnlijke verklaring is. Maar wát Betelbuddy is, is nog onduidelijk. Volgens de onderzoekers zou het gaan om een ster met maximaal tweemaal zoveel massa als de zon. Een meer exotische hypothese is dat de begeleider een neutronenster is – de kern van een ster die al een supernova-explosie heeft ondergaan. (EE)
Meer informatie:
→ Betelgeuse Betelgeuse? Bright Star Betelgeuse Likely Has a ‘Betelbuddy’ Stellar Companion
Miljarden jaren geleden – lang voordat er leven was zoals wij dat nu kennen – sloegen er regelmatig meteorieten in op onze planeet. Eén van deze inslagen, ’S2’ genoemd, vond zo’n 3,26 miljard jaar geleden plaats, en volgens onderzoekers van Harvard University (VS) had dat onverwachte gevolgen (Proceedings of the National Academy of Sciences, 21 oktober). Het nieuwe onderzoek, onder leiding van aardwetenschapper Nadja Drabon, richtte zich op de vraag welke gevolgen de meteorietinslagen hadden voor de eencellige organismen die destijds de aarde bevolkten. Voor haar onderzoek verzamelden Drabon en haar team gesteentemonsters uit Zuid-Afrika, en onderzochten ze de samenstelling van sedimenten die ze daar aantroffen. Aan de hand van de resultaten schetsen ze een beeld van wat er gebeurde toen meteoriet S2 op aarde neerstortte. ’Beeld je in dat je voor de kust van het schiereiland Cape Cod staat, met je voeten in ondiep water – een kalme plek zonder sterke stromingen. En dan plotseling spoelt er een enorme tsunami over je heen, die de zeebodem aan diggelen slaat,’ zegt Drabon. De S2-meteoriet, die naar schatting tweehonderd keer zo groot was als de meteoriet die later de dinosaurussen uitroeide, veroorzaakte een vloedgolf die de oceaan sterk in beroering bracht en de kuststrook met puin bedekte. Door de hitte van de inslag werd de bovenste laag van de oceaan tot koken gebracht en werd ook de atmosfeer verhit. En alles werd bedekt met een dikke laag stof, waardoor de fotosynthetische activiteit van de eencelligen stilviel. Maar bacteriën kunnen wel tegen een stootje, en volgens de analyse van Drabon en haar collega’s herstelde de eencellige populatie zich alweer snel. Dat gold met name voor eencelligen die zich voeden met de elementen fosfor en ijzer. IJzer werd waarschijnlijk door de tsunami vanuit de diepe oceaan naar ondiepe wateren gedreven, en fosfor werd aangevoerd door de meteoriet zelf en door een toename van de erosie op het het land. Volgens Drabon hebben de eencelligen hiervan juist geprofiteerd en had de inslag een positief effect op het leven op onze planeet: ‘We dachten dat inslagen als deze catastrofaal zijn voor het leven’, maar ons onderzoek laat zien dat ze ook voordelen hadden, en het leven juist lieten floreren.’ (EE)
Meer informatie:
→ Giant impact had silver lining for life, according to new study
Een internationaal team van astronomen, met onder anderen de Leidse promovendus Elia Pizzati, heeft een aantal oude quasars waargenomen die verrassend genoeg in hun eentje lijken rond te dolen in het vroege heelal (minder dan een miljard jaar na de oerknal). Tot nu toe gingen astronomen er op basis van modellen van uit dat quasars zich altijd ophouden in drukke gebieden met veel naburige sterrenstelsels (The Astrophysical Journal, 17 oktober). Quasars behoren tot de helderste objecten in het heelal. Ze ontstaan als superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels grote hoeveelheden gas opslokken. Hoewel de aanwezigheid van zulke superzware zwarte gaten heel vroeg in de geschiedenis van het heelal verbazingwekkend is, tonen verschillende modellen en simulaties aan dat deze heldere quasars alleen kunnen ontstaan in zeldzame, dichtbevolkte gebieden van het jonge heelal. De vondst van de eenzame quasars zet deze aanname op zijn kop. Bij dit onderzoek gebruikten de astronomen onder leiding van Anna-Christina Eilers (MIT, VS) de Webb-ruimtetelescoop om meer dan 13 miljard jaar terug in de tijd te kijken en de kosmische omgeving van vijf bekende oude quasars te bestuderen. Ze vonden een verrassende verscheidenheid in hun omgeving. Terwijl sommige quasars zich in zeer drukke gebieden met meer dan vijftig naburige sterrenstelsels bevinden, zoals de modellen voorspellen, lijken de overige quasars in de lege ruimte rond te zwerven, met slechts een paar verdwaalde sterrenstelsels in hun omgeving. De grote vraag is nu hoe zulke objecten zo vroeg in het heelal konden ontstaan, zonder een significante bron van omringende materie om hun zwarte gat te laten groeien. Vervolgonderzoek moet aantonen of de quasars echt zo eenzaam zijn of dat ze worden omringd door aan het zicht onttrokken in stof gehulde sterrenstelsels. Elia Pizzati en zijn Leidse collega’s Joseph Hennawi, Joop Schaye en Matthieu Schaller hebben gewerkt aan de interpretatie van de waarnemingen. ‘Om te kunnen zeggen of quasars in zeldzame en dichtbevolkte omgevingen kunnen leven of niet, moeten we weten hoe deze omgevingen er op verschillende kosmische momenten uitzagen. Met andere woorden, we moeten onze waarnemingen van quasars en melkwegstelsels vergelijken met onze theoretische modellen voor de ruimtelijke verdeling van materie in het heelal’, aldus Pizzati. Een dergelijke vergelijking kan worden gemaakt met behulp van kosmologische simulaties met een groot volume, die de evolutie van dit kosmische web door de geschiedenis van het heelal in detail kunnen vastleggen. Niet alle simulaties zijn echter geschikt voor deze taak: om de zeldzaamste en meest dichte omgevingen waar (volgens theoretische modellen) quasars zouden leven vast te leggen, moet je enorme volumes simuleren (met een grootte van wel 10 miljard lichtjaar). Voor dit onderzoek is een gloednieuwe simulatie gebruikt die aan de Sterrewacht Leiden en aan de Universiteit van Durham is ontwikkeld: FLAMINGO-10k. Deze simulatie bevat meer dan een biljoen deeltjes en is daarmee een van de grootste simulaties ooit.
Meer informatie:
→ Oorspronkelijk persbericht
Bij nieuw onderzoek door wetenschappers van NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) zijn tekenen gevonden van een rotsachtige, vulkanisch actieve maan bij een exoplaneet op 635 lichtjaar van de aarde. De belangrijkste aanwijzing is een wolk van natriumgas in de nabijheid van de exoplanet, een gasreus ter grootte van Saturnus met de aanduiding WASP-49b. Een vergelijkbaar verschijnsel doet zich in ons zonnestelsel voor bij de vulkanisch actieve maan Io van Jupiter (Astrophysical Journal Letters, 1 oktober). De natriumwolk rond WASP-49b werd in 2017 ontdekt en trok toen de aandacht van Apurva Oza, een voormalig postdoc-onderzoeker bij JPL die nu als stafwetenschapper bij Caltech werkt. Oza heeft jarenlang onderzocht hoe exomanen kunnen worden opgespoord via hun vulkanische activiteit. Io bijvoorbeeld – het meest vulkanisch actieve hemellichaam in ons zonnestelsel, braakt voortdurend zwaveldioxide, natrium, kalium en andere gassen uit die enorme wolken rond Jupiter kunnen vormen. Het is denkbaar dat astronomen die naar een ander stersysteem kijken een gaswolk als die van Io kunnen detecteren, zelfs als de maan in kwestie zelf te klein is om waarneembaar te zijn. Zowel WASP-49 b als zijn ster bestaan voornamelijk uit waterstof en helium, met sporen van natrium. Geen van beide bevat genoeg natrium om de waargenomen wolk te verklaren, die afkomstig lijkt te zijn van een bron die ongeveer 100.000 kilo natrium per seconde produceert. Zelfs als de ster of zijn planeet zoveel natrium zou kunnen produceren, is het onduidelijk door welk mechanisme dit gas de ruimte in wordt geblazen. Zou de bron een vulkanische exomaan kunnen zijn? Dat is de vraag die Oza en zijn collega’s probeerden te beantwoorden. Makkelijk was dat niet, want van zo’n grote afstand overlappen ster, planeet en gaswolk elkaar vaak. Het team moest het stersysteem daarom lange tijd in de gaten houden. Daarbij vonden ze diverse aanwijzingen die erop duiden dat de wolk wordt veroorzaakt door een hemellichaam dat om WASP-49b draait. Zo gaven hun waarnemingen twee keer aan dat de wolk groter werd, alsof hij werd bijgetankt, terwijl hij zich niet in de buurt van de planeet bevond. Ook zagen ze de wolk sneller bewegen dan de planeet zelf, wat onmogelijk lijkt tenzij er nog een ander, sneller bewegend hemellichaam bij betrokken is. Bij een deel van hun speurwerk hebben de onderzoekers gebruik gemaakt van de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili (ESO). Mede-auteur en ESO-onderzoeker Julia Seidel stelde daarbij vast dat de wolk zich hoog boven de atmosfeer van de planeet bevindt, net als de gaswolk die Io rond Jupiter achterlaat. Ze gebruikten ook een computermodel om het exomaan-scenario te visualiseren en met de waarnemingen te vergelijken. De exoplaneet WASP-49 b cirkelt met de regelmaat van de klok in 2,8 dagen om zijn ster, maar de wolk verscheen en verdween met onregelmatige tussenpozen achter de ster of diens planeet. Volgens Oza zou een maan met een omlooptijd van acht uur de verplaatsing en activiteit van de wolk kunnen verklaren. Maar hoe intrigerend ook, er zijn meer waarnemingen nodig om dit scenario te onderbouwen. (EE)
Meer informatie:
→ Does Distant Planet Host Volcanic Moon Like Jupiter’s Io?
