Nevel vol mysteries
Astronoom Vibor Jelic wil de tijd dat de eerste sterren zich vormden, de ‘Epoch of Reionization’ onderzoeken.
De zwakke kosmische straling van ‘Epoch’ wordt overschaduwd door radiogolven, galactische mist, in onze Melkweg en bronnen daarbuiten.
Die galactische mist wordt gecreëerd door de interactie van snelle bewegende deeltjes – kosmische straling – met een magnetisch veld.
Hij gebruikt de LOFAR-telescoop om die nevel te onderzoeken. Hij heeft namelijk kennis nodig van waar die golven uit bestaan, om ze uit de data te kunnen filteren.
Na ruim een jaar onderzoek heeft hij inmiddels genoeg data om het mysterie van de nevel een beetje te ontrafelen.
Inmiddels heeft Jelic drie delen van de nevel onderzocht. Dat zijn genoeg data om de nevel voor een deel te doorgronden en uit de data te lichten.
Maar die data moeten nog wel verwerkt worden en daar gaan maanden overheen. Jelic hoopt dat ze zo nieuwe technieken ontwikkelen om die radiogolven weg te halen en zo de allereerste sterren en sterrenstelsels te kunnen onderzoeken.
Leestijd: 5 min. (850 woorden)
En de LOFAR-telescoop. Die is namelijk nodig om de ingewikkelde bron van radiostraling, de nevel, in onze Melkweg te onderzoeken. Te ‘elimineren’ eigenlijk. Deze radiogolven ontnemen Jelic het zicht op de ‘Epoch of Reionization’, de tijd dat de eerste sterren zich vormden.
LOFAR is de grootste radiotelescoop ter wereld en doet metingen op lage frequenties. Die kan het ontstaan van de eerste sterrenstelsels, zwarte gaten en gaswolken bij de ‘geboorte’ van het Heelal in kaart brengen, op een golflengte die tot nu toe niet te gebruiken was.
Eerste sterren
En juist die tijd wil Jelic zien. ‘We willen zien hoe de zwaartekracht zich ontwikkelde, hoe de eerste sterren werden gevormd, eigenlijk hoe de structuurvorming en evolutie van het universum, zoals we dat nu kennen, eruit zag’, zegt Jelic.
Dat is heus belangrijk, zegt hij. Niet alleen dat hij er zelf heel nieuwsgierig naar is, maar vooral ook omdat het het ontbrekende stukje is in onze kennis over het heelal. Voor dat stukje moeten we terug in de tijd kijken, naar de vorming van ons heelal.
Dat begon vlak na the dark ages. Het heelal bestond na de oerknal uit een gasmengsel van waterstof en helium, met kleine hoeveelheden boor en lithium. Zo’n gasmengsel straalt geen licht uit – en het heelal was dan ook helemaal donker.
De sterren zijn daarna pas ontstaan uit kleine dichtheidsverschillen in dat gasmengsel. Als de dichtheid hoger is dan gemiddeld, gaat de zwaartekracht een rol spelen. Zo’n gaswolk gaat samentrekken, waardoor de druk en de temperatuur toeneemt, tot er een soort kernfusiereactie komt. De waterstof wordt dan omgezet in helium en daardoor komt er energie vrij in de vorm van licht en warmte.
Dat licht ‘reist’ met een constante en absolute snelheid. Het is niet makkelijk te bevatten, weet ook Jelic. ‘Maar stel je voor’, zegt hij, ‘als je naar de zon kijkt is hij altijd acht minuten oud. Wat je nu ziet, gebeurde acht minuten geleden. Zo kijken we ook naar de sterren, naar het verleden, naar miljarden jaren geleden.’
Galactische mist
Jelic werkt als onderzoeker – gefinancierd met een VENI-subsidie van NWO – deels bij het Kapteyn Instituut en deels bij ASTRON in Dwingeloo. Daar zit hij graag, omringd door wetenschappers die min of meer met hetzelfde bezig zijn, die begrijpen dat hij op zoek is naar iets wat nog niet tastbaar is.
En waar hij tot op heden dus nog geen blik op heeft kunnen werpen. De zwakke kosmische straling van ‘Epoch’ wordt overschaduwd door radiogolven, galactische mist, in onze Melkweg en bronnen daarbuiten. Die galactische mist wordt gecreëerd door de interactie van snelle bewegende deeltjes – kosmische straling – met een magnetisch veld. Door dat magnetische veld worden de geladen deeltjes versneld waardoor ze straling uitzenden – zogenaamde synchrotronstraling, zegt Jelic.
Deze signalen moeten eerst dus weggehaald worden uit de data die LOFAR doorstuurt naar de computer van Jelic. LOFAR is opgebouwd uit ongeveer 25.000 kleine, stilstaande antennes die in clusters opgesteld staan in het centrale LOFAR gebied van 400 hectare tussen Exloo en Buinen in Drenthe, en op antennevelden verspreid over Friesland, Groningen, Drenthe en Overijssel.
De LOFAR ‘stations’ zijn door middel van een supersnel glasvezelnetwerk verbonden met een supercomputer in het Donald Smits Centrum voor Informatietechnologie van de RUG, die de data van de duizenden antennes combineert, waarna ze naar ASTRON in Dwingeloo worden verzonden.
Mysterie ontrafelen
Naar de computer van Jelic dus. Maar voordat hij galactische mist, die radiogolven, weg kan halen, heeft hij kennis nodig van waar die golven uit bestaan. ‘Ze zitten vol mysteries’, zegt Jelic. Maar na ruim een jaar onderzoek heeft hij inmiddels genoeg data om het mysterie een beetje te ontrafelen.
Dat doet hij op twee manieren: door simulaties en door LOFAR observaties. ‘Maar voor die simulaties heb ik data nodig om realistische simulaties te kunnen maken’, zegt hij. ‘Dat doen we nu met voorspellingen omdat ik inmiddels weet wat we zoeken. Ook gebruik ik daar LOFAR voor die signalen probeert op te vangen. Maar die zijn altijd een verrassing, het is altijd anders dan verwacht.’
Inmiddels heeft Jelic drie delen van de nevel onderzocht. ‘Ik zie steeds een andere emissie, deels met verwachte eigenschappen maar ook met specifieke eigenschappen voor die regio, zoals vreemde gepolariseerde structuren van onze Melkweg en de eigenschappen van haar magnetisch veld.’
Dat zijn genoeg data om de nevel voor een deel te doorgronden en uit de data te lichten. Tenminste, dat hoopt hij. ‘Maar die data moeten nog wel verwerkt worden en daar gaan maanden en maanden overheen. En dan moeten we verder zien.’
Het is lastig voor Jelic om te wachten op die resultaten. ‘Vooral omdat we nog niet volledig begrijpen waar we naar kijken. Wellicht helpt het me om nieuwe technieken te ontwikkelen om deze radiogolven weg te halen en zo de kansen te vergroten om de allereerste sterren en sterrenstelsels te onderzoeken.’