Op het plaatje bij dit bericht, gemaakt door de Hubble-ruimtetelescoop, zijn minstens twaalf boogjes te zien. In werkelijkheid zie je hier twaalf keer hetzelfde sterrenstelsel – met dank aan de zwaartekracht van een groep nabijere stelsels. Dit vreemde effect kan ons helpen een mysterie uit het vroege heelal op te lossen.
Het sterrenstelsel zelf, dat de bijnaam Sunburst Arc kreeg, bevindt zich maar liefst 11 miljard lichtjaar hiervandaan. Vanaf de aarde gezien in dezelfde richting, maar dan op een afstand van 4,6 miljard lichtjaar, is een cluster sterrenstelsels te vinden. En met hun zwaartekracht zorgen die stelsels ervoor dat het beeld van hun verre soortgenoot wordt vertwaalfvoudigd én wordt uitgesmeerd tot smalle boogjes.
Op zichzelf is dat al een mooi voorbeeld van ‘Einstein in actie’. De algemene relativiteitstheorie beschrijft namelijk hoe objecten met een massa – bijvoorbeeld sterrenstelsels – de ruimtetijd krommen. Licht kan vervolgens niet meer simpelweg ‘rechtdoor’ vliegen, maar moet die kromming volgen. Dat kan ertoe leiden dat verre objecten vanaf de aarde te zien zijn als meerdere boogjes of zelfs ringen.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Nóg interessanter is dat het licht van een ver object door dit verschijnsel – dat een zwaartekrachtslens wordt genoemd – wordt versterkt. Sommige van de boogjes op de foto hierboven zijn daardoor tien tot dertig keer helderder dan het stelsel was geweest zónder tussenliggende stelsels. En dat zorgt ervoor dat het verre Sunburst Arc-stelsel in veel meer detail te bestuderen is – en misschien wel licht kan werpen op een openstaande vraag over de jonge jaren van ons heelal.
Ontsnappend licht
Het vraagstuk in kwestie heeft te maken met een periode genaamd het Epoch of Reionization, in goed Nederlands het reïonisatietijdperk, dat zo’n 150 miljoen jaar na de oerknal begon. Tijdens deze periode splitste ultraviolet licht van de eerste sterren neutrale waterstofatomen op in losse protonen en elektronen – oftewel: de waterstof werd geïoniseerd.
Probleem is alleen: dat sterrenlicht moet ook de waterstof tússen de sterrenstelsels hebben geïoniseerd. En dat kon het alleen doen als het eerst had weten te ontsnappen aan het sterrenstelsel waarin het is ontstaan. Hoe dat heeft kunnen gebeuren, is echter onduidelijk. Sterrenstelsels zitten namelijk vol gas en stof die een groot deel van de ultraviolette straling absorberen.
Helaas kunnen we het betreffende proces niet waarnemen bij die allereerste sterrenstelsels zelf. We moeten ons richten op latere stelsels, dichter bij de aarde – zoals Sunburst Arc. En aan dat stelsel zagen de Deense sterrenkundige Thøger Emil Rivera-Thorsen en collega’s in 2017 wat ultraviolet licht ontsnappen.
Nu droeg het destijds waargenomen licht niet genoeg energie met zich mee om waterstof te ioniseren. Toch intrigeerde het de astronomen genoeg om de Hubble-ruimtetelescoop naar het stelsel te laten kijken. En daardoor hebben ze nu ultraviolet licht aan het stelsel zien ontsnappen dat wél in staat is om waterstofatomen van hun elektronen te ontdoen, zo melden Rivera-Thorsen en collega’s in het wetenschappelijke tijdschrift Science.
Nauwe kanalen
Het lijkt erop dat het ultraviolette licht afkomstig is van een gebied in Sunburst Arc met een diameter van 520 lichtjaar waarin veel nieuwe sterren ontstaan. Het licht van deze sterren ontsnapt vervolgens aan het stelsel via nauwe kanalen door het gas en stof.
Daarmee is het vraagstuk rond het tijdperk nog niet opgelost. Het is bijvoorbeeld maar de vraag in hoeverre Sunburst Arc representatief is voor de sterrenstelsels die het jonge heelal bevolkten. Maar we hebben nu in elk geval een voorbeeld van een sterrenstelsel waar ultraviolette straling aan kan ontsnappen om zijn ioniserende werk te doen. Met dank aan de Hubble-ruimtetelescoop – én aan het vergrootglas gevormd door een groep sterrenstelsels op enkele miljarden lichtjaren afstand.