HERA, een array van 350 radiotelescopen in de Karoo-woestijn van Zuid-Afrika, brengt de detectie van de ‘Kosmische Dageraad’ – het tijdperk na de oerknal waarin de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden – een stapje dichterbij.
In een voor publicatie geaccepteerd artikel in The Astrophysical Journal meldt het HERA-team dat het de gevoeligheid van de array, die al de gevoeligste radiotelescoop ter wereld was die specifiek deze bijzondere periode in de kosmische geschiedenis verkent, heeft weten te verdubbelen.
De meest recente HERA-resultaten zijn gebaseerd op waarnemingen die in 2017 en 2018 met ongeveer veertig antennes van de array zijn gedaan.
Hoewel daarbij nog geen radio-emissies van de overgang van het zogeheten Donkere Tijdperk naar de Kosmische Dageraad zijn geregistreerd, geven de nieuwe data wel al aanwijzingen over de samenstelling van sterren en sterrenstelsels in het vroege heelal.
HERA is niet de enige telescoop die naar het vroege heelal kijkt. Zo heeft de nieuwe Webb-ruimtetelescoop onlangs een sterrenstelsel in beeld gebracht dat al ongeveer 325 miljoen jaar na de oerknal bestond.
Maar Webb kan alleen de helderste sterrenstelsels zien die zich tijdens de Kosmische Dageraad hebben gevormd – niet de kleinere maar veel talrijkere dwergstelsels waarvan de sterren het intergalactische medium hebben verhit en het meeste waterstofgas hebben geïoniseerd.
HERA probeert straling te detecteren van de neutrale waterstof die de ruimte tussen deze vroege sterren en sterrenstelsels vulde, en te bepalen wanneer die waterstof ophield met het uitzenden of absorberen van radiogolven, omdat hij geïoniseerd werd.
Het feit dat het HERA-team deze bellen van geïoniseerde waterstof nog niet heeft ontdekt, sluit sommige theorieën over hoe sterren in het vroege heelal zijn geëvolueerd uit.
De gegevens tonen met name aan dat de vroegste sterren, die mogelijk ongeveer 200 miljoen jaar na de oerknal werden gevormd, weinig andere elementen bevatten dan waterstof en helium.
Hierin verschillen ze van de huidige sterren, die allerlei zogeheten metalen bevatten – de astronomische verzamelterm voor elementen, variërend van lithium tot uranium, die zwaarder zijn dan helium.
De atomaire samenstelling van sterren in het vroege heelal bepaalde hoe lang het duurde voordat het intergalactische medium werd verhit toen de sterren zich begonnen te vormen.
De sleutel daartoe is de hoogenergetische straling, voornamelijk röntgenstraling, die wordt geproduceerd door dubbelstersystemen waarin een van beide sterren is ineengestort tot een zwart gat of neutronenster, die zijn begeleider geleidelijk ‘opeet’.
Met weinig zware elementen wordt veel van de massa van de begeleider weggeblazen in plaats van op het zwarte gat te vallen, wat minder röntgenstraling en minder opwarming van de omgeving oplevert.
Zodra de HERA volledig in bedrijf is, mogelijk al komend najaar, hoopt het team een 3D-kaart te kunnen maken van de bellen van geïoniseerde en neutrale waterstof, zoals die zich tussen ongeveer 200 miljoen en 1 miljard na de oerknal hebben ontwikkeld.
Deze kaart zou duidelijk kunnen maken hoe vroege sterren en sterrenstelsels verschilden van hun huidige opvolgers. (EE)
(Image Credit: Dara Storer, 2020)
