Een populair sterrenkundig onderwerp van nu is de kosmische achtergrondstraling. Ruimtemissies zoals WMAP en Planck bepaalden recent de hoeveelheid materie in het universum. De hoeveelheid “gewone” materie werd geschat op 4.8%, gebaseerd op een aanname over het aantal onzichtbare sterrenstelsels. Het percentage donkere materie werd geschat op 27%.
- Spoiler alert: we zijn nog steeds een gigantisch deel van materie ‘kwijt’. 68% (voorheen 75% ) van alle materie in het heelal is donkere, onzichtbare energie. -
Bij lezingen waar ik over sterrenkunde praat, krijg ik meestal ook een vraag die met deze resultaten te maken heeft. Ik moet de meeste antwoorden schuldig blijven omdat mijn vakgebied hier niets hiermee te maken heeft, maar niet allemaal.
De meeste kosmische achtergrondstraling komt van 370.000 tot 380.000 jaar na de oerknal, de zogeheten ‘last scattering surface', zie bijvoorbeeld Cosmic Microwave Background. De golflengte in de orde van enkele millimeters correspondeert met een temperatuur gelijk aan 2,7 graden Kelvin, oftewel -270,4 graden Celcius. Een klein deel van deze millimeterstraling kan door ALMA worden opgepikt.
Eerdere waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling in de jaren ’90 lieten zien dat het deel dat op millimeter/submillimeter golflengtes wordt uitgezonden te helder is. Tegelijkertijd werd met de James Clerk Maxwell Telescope op Hawaii zogeheten SCUBA-sterrenstelsels ontdekt. Deze sterrenstelsels zijn erg jong, zeer zwaar, en door hun grote hoeveelheid stof en gas zijn ze bijna onzichtbaar op andere golflengtes. De Hubble-ruimtetelescoop kan dit type sterrenstelsels niet zien. Het aantal sterrenstelsels van dit type is lang een raadsel gebleven.
Onlangs gebruikte een Japans team ALMA om het aantal SCUBA-sterrenstelsels te bepalen. Het resultaat was verassend; het aantal is veel groter dan vroeger werd aangenomen. Ook zijn heel veel van deze soort sterrenstelsels niet zo zwaar zijn.
Het figuur hierboven laat de bijdrage met ALMA duidelijk zien. De blauw gekleurde sterrenstelsels zijn met Hubble waargenomen. Op de linker plaatjes is in rood de vroeger waargenomen millimeter en submillimeter straling te zien. Op de rechter plaatjes zijn de rood gekleurde ALMA-waarnemingen te zien.
Op het tweede plaatje is te zien dat het aantal stelsels dat lichtzwak is, en dus niet zo zwaar, veel hoger is dan verwacht. De grijze lijn stelt de verwachting voor en de rode vierkanten zijn de ALMA metingen. Uiteindelijk bleken er 2 tot 3 keer meer SCUBA-sterrenstelsels te zijn dan werd verwacht. En ook al zijn ze individueel niet heel zwaar, hun totale massa is hoger dan alle zware sterrenstelsels bij elkaar.
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Kyoto University
Dit resultaat heeft gevolgen voor ons begrip van de kosmische achtergrondstraling. Vermoedelijk ligt het werkelijke percentage ‘gewone’ materie hoger (8 tot 9%) en het percentage donkere materie lager dan werd geschat. Te veel ‘gewone’ materie werd aangeduid als donkere materie.
Is er dan geen donkere materie? Jawel, echte donkere materie, ook aangetoond met andere methoden, bestaat, maar iets minder dan gedacht (20 in plaats van 27 %). De resterende 68.3% van het heelal bestaat uit ‘donkere energie’.
Uiteindelijk zijn het toch kleine stapjes,
Tim
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 meegwerkt aan het testen van ALMA, is hij sinds kort terug in Nederland. In dit blog bespreekt hij de techniek van ALMA en licht hij de eerste wetenschappelijke resultaten toe.