In het zuiden van Chili (Puerto Varas) zijn ongeveer 200 ALMA-astronomen uit de hele wereld deze week bijeen om resultaten te presenteren en te bespreken die zijn verzameld tijdens ALMA’s eerste wetenschappelijke jaar. Tim van Kempen is erbij en bespreekt hier de eerste, baanbekende, resultaten van de submillimeter-telescoop in Noord-Chili.
De vorming van melkwegstelsels vlak na de oerknal is een ander onderwerp waarnaar ALMA baanbrekend onderzoek wil gaan doen, maar ook al heeft gedaan in het afgelopen jaar. Een van de eerste surveys die is gedaan in Cycle 0 maakte gebruik van een veld dat oorspronkelijk is bekeken vanaf de Zuidpool. In dit veld zijn honderden jonge melkwegstelsels bekend, maar veel meer dan hun locatie en helderheid kon nog nooit worden gezien.
Vergeleken met melkwegstelsels in het huidige universum zijn ze wel een stuk helderder. ALMA maakt hier gebruik van een truc die al eerder in het zichtbare licht is toegepast om dit soort stelsels te bestuderen. De Algemene Relativiteitstheorie voorspelt dat een grote massa, zoals een cluster van melkwegstelsels, zwaar genoeg is om de ruimte om zich heen te vervormen, zodat het pad van het licht dat van achter dit soort clusters komt, niet meer rechtdoor gaat maar er omheen gaat. Dit zijn zwartekrachtslenzen (zie het plaatje hierboven).
De Hubble Ruimtetelescoop heeft dit soort lenzen wel vaker gezien, maar het licht dat Hubble ziet is UV-licht, en vertelt je alleen iets over de sterren. Tot ALMA beschikbaar kwam, is slechts een enkele zwaartekrachtslens gezien waar ook het gas en stof kon worden bestudeerd (en dat ging erg moeizaam).
ALMA’s survey, waarin men hoopte nog 1 of 2 nieuwe lenzen te kunnen zien, leverde direct fenomenale resultaten op. Bijna alle 26 kandidaten waren zwaartekrachtslenzen en bij de meeste konden ook de componenten in de achtergrond worden onderzocht. De ALMA lenzen zijn eigenlijk veel interessanter dan hun soortgenoten die met Hubble zijn bekeken. ALMA kan direct naar het gas en stof kijken in plaats van alleen naar het sterlicht dat uit dit soort hele jonge melkwegstelsels komt. En het gas en stof onthullen veel informatie over de evolutie van dit soort melkwegstelsels. Ook de hoeveelheid materiaal in dit soort stelsels is belangrijk. De stelsels zijn vele malen zwaarder dan onze Melkweg, ook al is het sterlicht ongeveer gelijk. Dit soort informatie kan de Hubble niet geven.
De ALMA-waarnemingen kunnen worden gebruikt om te traceren hoeveel sterren er worden gevormd, wat voor soort stelsel er worden gevormd en wat de kinematica binnenin dit soort stelsels is. Maar misschien is de belangrijkste ontdekking die ALMA al heeft gedaan wel, dat elementen zwaarder dan helium (met name zuurstof, koolstof en stikstof) al heel erg snel na de oerknal in dit soort stelsels voorkomen. Deze moeten door de eerste sterren zijn gevormd, vlak na de oerknal. Ook de grote hoeveelheid stofdeeltjes kwam als een complete verrassing. Stof moet zich dus net als de zwaardere elementen extreem snel vormen na de oerknal, in de allereerste sterren. Hoe dat gebeurt is nog steeds onbekend, maar als ALMA in dit tempo doorgaat zal dat niet zo lang meer duren
Tim van Kempen
Tim van Kempen is onderzoeker aan de Sterrewacht Leiden en werkt sinds juli 2010 voor en met ALMA. Na twee jaar in Chili te hebben gewoond en gewerkt om bij het testen van ALMA te helpen, is hij sinds kort terug in Nederland. In dit blog zal hij de techniek van ALMA bespreken en de eerste wetenschappelijke resultaten toelichten.