In een recente waarneming met de Westerbork-telescoop, van het Nederlands instituut voor radiosterrenkunde ASTRON, ontdekten de sterrenkundigen een enorme boog van radiostraling rond een relatief onbekende cluster van sterrenstelsels genaamd CIZAJ2242.8+5301. "Toen we deze boogvormige structuur voor het eerst zagen wisten we direct dat we iets bijzonders hadden gevonden", zegt Prof. Huub Röttgering. Nieuwe waarnemingen met de Westerbork-telescoop en andere grote radiotelescopen in de Verenigde Staten en India leverden een nog nauwkeuriger beeld van de radiostraling rond de cluster. Deze waarnemingen laten zien dat de boog zich uitstrekt over de enorme afstand van 6 miljoen lichtjaar. "De boog van radiostraling is zo helder dat deze eigenlijk veel eerder ontdekt had kunnen worden", zeg mede-onderzoeker Reinout van Weeren. "Uit nadere bestudering van meer dan 15 jaar oude kaarten van de noordelijke radio-hemel bleek dat het object al te zien was. Maar tot nu toe was deze boog niemand opgevallen."
Clusters van sterrenstelsels behoren tot de grootste structuren in het heelal. Behalve sterrenstelsels bevatten clusters ook een enorme hoeveelheid ijl en heet gas. De clusters ontstaan doordat kleinere clusters vaak botsen en vervolgens samensmelten tot grotere clusters. Tijdens zulke botsingen worden schokgolven geproduceerd in het ijle gas.
Een meer dan 30 jaar oude theorie voorspelt dat in deze schokgolven deeltjes tot zeer hoge energie versneld kunnen worden. Volgens de theorie wordt tijdens dit proces ook radiostraling geproduceerd die zichtbaar zou moeten zijn voor radiotelescopen op aarde. Astronomen hadden al eerder radiostraling van een paar clusters van sterrenstelsels ontdekt, maar die was tot nu toe altijd vrij onregelmatig. "Hoewel we wisten dat deze radiostraling te maken had met schokgolven in het ijle gas van de cluster, was het nooit precies duidelijk hoe deze straling nu precies ontstond", aldus Van Weeren.
Twee Duitse astronomen, die ook deel uitmaken van het onderzoeksteam, zijn gespecialiseerd in grote simulaties op supercomputers. Zij lieten eerder al zien dat botsingen tussen clusters over het algemeen vrij complex zijn. Alleen in het uitzonderlijke geval van een frontale botsing worden boogvormige schokgolven geproduceerd. "Dit is ongeveer te vergelijken met de rimpels in een wateroppervlak wanneer je er een steen in gooit", legt co-auteur Marcus Brüggen uit. "Door de simulaties op supercomputers en de 30 jaar oude theorie te combineren kun je precies voorspellen welke eigenschappen de radiostraling heeft die ontstaat in de schokgolven. Het bijzondere is dat de ontdekte boogvormige radio-structuur precies aan deze voorspellingen beantwoordt. De radiostraling is op geen enkele andere manier te verklaren en geeft een unieke methode om het vormingsproces van clusters te bestuderen."
De ontdekking levert ook een verklaring voor de oorsprong van de meest hoogenergetische straling die vanuit de kosmos de aarde bereikt. "Tot nu toe was het onduidelijk waar de meest energetische deeltjes vandaan kwamen. Sommige deeltjes hebben een energie die meer dan een miljoen maal hoger is dan de meest krachtige deeltjesversneller op aarde, de LHC van CERN, kan bereiken", zegt co-auteur Matthias Hoeft. In ons eigen melkwegstelsel zijn namelijk geen gebieden bekend die deeltjes met deze extreme energieën kunnen produceren. De waarnemingen laten nu zien dat deze deeltjes afkomstig kunnen zijn van de schokgolven in clusters.
Waarnemingen met de Europese satelliet XMM-Newton staan gepland voor december van dit jaar. XMM-Newton zal de röntgenstraling waarnemen die de botsende clusters uitzenden. "Dit moet een beter beeld geven van het ijle gas in de botsende clusters en de schokgolven daarin", zegt Röttgering. "We verwachten dat er vele honderden botsende clusters met radiostraling zijn, maar tot nu toe is er slechts een handvol bekend." Dit zou simpel verklaard kunnen worden door het feit dat de radiostraling bij andere botsingen gewoon te zwak is. "De net door ASTRON in gebruik genomen LOFAR-telescoop, de grootste en gevoeligste radiotelescoop ter wereld, zou deze bronnen wel moeten kunnen opsporen", zegt Van Weeren. "We kijken daarom met spanning uit naar de eerste diepe waarnemingen."
Science
De cluster van sterrenstelsels CIZAJ2242.8+5301. Rood geeft de radiostraling aan van de schokgolven, waargenomen met de Giant Metrewave Radio Telescoop in India. Blauw laat de röntgenstraling van het hete gas in zien, waargenomen met de ROSAT-satelliet.
De cluster van sterrenstelsels CIZAJ2242.8+5301. Rood geeft de radiostraling aan van de schokgolven, waargenomen met de Giant Metrewave Radio Telescoop in India. Blauw laat de röntgenstraling van het hete gas in zien, waargenomen met de ROSAT-satelliet.