Een team van astronomen onder leiding van Jorryt Matthee van de Universiteit Leiden en David Sobral van de University of Lancaster (Verenigd Koninkrijk) heeft ontdekt dat zich rond alle vroege sterrenstelsels gigantische halo's van zogeheten Lyman-alfafotonen bevinden. Bovendien hebben de astronomen met behulp van een speciale telescoop-afstelling voor het eerst gemeten dat deze Lyman-alfafotonen veel moeite hebben gehad om uit deze sterrenstelsels te ontsnappen.
Om meer te weten over de ontstaansgeschiedenis van onze eigen Melkweg kijken astronomen vaak naar vergelegen sterrenstelsels. Het licht van verre sterrenstelsels doet er miljarden jaren over om ons te bereiken en vormt als het ware een tijdmachine om terug te kijken. Er was tot nu toe echter een groot probleem. De zogeheten Lyman-alfastraling die door verre sterrenstelsels wordt geproduceerd, ontsnapt vaak maar mondjesmaat van de sterrenstelsels. Het was tot nu toe lastig om op basis van de hoeveelheid straling die uiteindelijk op de aarde wordt waargenomen, iets te zeggen over de werkelijke omstandigheden op 11 miljard lichtjaar ter plekke.
Daarop hebben de onderzoekers nu een oplossing bedacht. Jorryt Matthee (Universiteit Leiden) legt uit: "Normaal gesproken meten we in het nabije heelal H-alfastraling en in het vroege heelal Lyman-alfa. Het is extreem lastig om beide tegelijk waar te nemen. Maar dat is ons bij een aantal sterrenstelsels wel gelukt. Daardoor konden we de telescopen kalibreren voor Lyman-alfastraling."
De astronomen keken tientallen nachten met behulp van de Isaac Newton Telescope (INT) op La Palma naar bijna duizend verre sterrenstelsels. Ze gebruikten daarbij de Wide Field Camera, een soort stereobril voor de telescoop. Op de camera hadden de onderzoekers hun op maat gemaakte, gekalibreerde filters gezet. Daardoor konden ze nu wel goed meten hoeveel Lyman-alfastraling er aanwezig was.
Wat blijkt? Slechts ongeveer 1 tot 2 procent van de Lyman-alfastraling ontsnapt uit het centrum van een sterrenstelsel en maximaal 10 procent weet het omliggende gebied te verlaten. De zich vormende sterrenstelsels in het verre heelal houden dus een immense halo van Lyman-alfafotonen gevangen die tot nu toe onopgemerkt was gebleken. Een paar maanden geleden zagen sterrenkundigen al halo's rond quasars.
Overigens ontdekten de astronomen ook sterrenstelsels waar juist wel behoorlijk wat Lyman-alfastraling kon ontsnappen. Deze hebben een kleinere massa dan onze Melkweg en behoren tot de jongste sterrenstelsels die tot nu toe bekend zijn.
In de toekomst willen de astronomen met behulp van de nog te lanceren James Webb Space Telescope langer en dieper het heelal inkijken. Door de Lyman-alfastraling te analyseren, kunnen ze dan de eigenschappen van interstellair en intergalactisch gas beter bestuderen.
Artikelen
Jorryt Matthee, David Sobral, Iván Oteo, Philip Best, Ian Smail, Huub Röttgering and Ana Paulino-Afonso, 2016, "The CALYMHA survey: Lyα escape fraction and its dependence on galaxy properties at z = 2.23", MNRAS, 458, 449 (gratis preprint: https://arxiv.org/abs/1602.02756).
David Sobral, Jorryt Matthee, Philip Best, Andra Stroe, Huub Röttgering, Iván Oteo, Ian Smail, Leah Morabito, Ana Paulino-Afonso, 2016, “The CALYMHA survey: Lyα luminosity function and global escape fraction of Lyα photons at z=2.23”, MNRAS in press (gratis preprint https://arxiv.org/abs/1609.05897).
Reusachtige halo's van licht rond vroege sterrenstelsels
