Wat ligt tussen sterrenstelsels?

Mensen beschouwen ruimte vaak als "leeg" of een "vacuüm", wat betekent dat er absoluut niets is. De term "leegte van ruimte" verwijst vaak naar die leegte. Het blijkt echter dat de ruimte tussen planeten eigenlijk bezet is met asteroïden en kometen en ruimtestof. De lege ruimtes tussen sterren in ons sterrenstelsel kunnen worden gevuld met dunne gaswolken en andere moleculen. Maar hoe zit het met de gebieden tussen sterrenstelsels? Zijn ze leeg of hebben ze "spullen" in zich?

Het antwoord dat iedereen verwacht, "een leeg vacuüm", is ook niet waar. Net zoals de rest van de ruimte wat "spul" bevat, heeft de intergalactische ruimte dat ook. In feite wordt het woord "leegte" nu normaal gesproken gebruikt voor gigantische gebieden waar GEEN sterrenstelsels bestaan, maar blijkbaar nog steeds een soort materie bevatten.

Wat ligt er tussen ons sterrenstelsel en anderen in het universum, zoals de Sombrero, hier weergegeven in een Hubble Space Telescope-weergave ?. NASA / STScI

Dus, wat IS tussen sterrenstelsels? In sommige gevallen worden er wolken van heet gas afgegeven terwijl sterrenstelsels op elkaar inwerken en botsen. Dat materiaal wordt door de zwaartekracht "weggerukt" van de sterrenstelsels en botst vaak genoeg met ander materiaal. Dat geeft straling af die röntgenstralen wordt genoemd en kan worden gedetecteerd met instrumenten zoals de Chandra X-Ray Observatory. Maar niet alles tussen sterrenstelsels is heet. Een deel ervan is tamelijk zwak en moeilijk te detecteren, en wordt vaak gezien als koude gassen en stof.

Dim Matter Between Galaxy zoeken

Dankzij beelden en gegevens die zijn genomen met een gespecialiseerd instrument, de Cosmic Web Imager bij Palomar Observatory op de 200-inch Hale-telescoop, weten astronomen nu dat er veel materiaal in de uitgestrekte ruimte rond sterrenstelsels zit. Ze noemen het "dim matter" omdat het niet helder is zoals sterren of nevels, maar het is niet zo donker dat het niet kan worden gedetecteerd. De Cosmic Web Imager l zoekt (samen met andere instrumenten in de ruimte) naar deze kwestie in het intergalactische medium (IGM) en grafieken waar het het meest voorkomt en waar het niet is.

Observatie van het intergalactische medium 

Hoe 'zien' astronomen wat er is? De gebieden tussen sterrenstelsels zijn natuurlijk donker, omdat er weinig of geen sterren zijn om de duisternis te verlichten. Dat maakt die gebieden moeilijk te bestuderen in optisch licht (het licht dat we met onze ogen zien). Dus kijken astronomen naar licht dat door de intergalactische streken stroomt en bestuderen hoe het wordt beïnvloed door zijn reis.

De Cosmic Web Imager is bijvoorbeeld specifiek uitgerust om te kijken naar het licht dat afkomstig is van verre sterrenstelsels en quasars terwijl het door dit intergalactische medium stroomt. Terwijl dat licht doorkomt, wordt een deel ervan geabsorbeerd door de gassen in de IGM. Die absorpties verschijnen als "staafgrafiek" zwarte lijnen in de spectra die de Imager produceert. Ze vertellen astronomen de samenstelling van de gassen "daar". Bepaalde gassen absorberen bepaalde golflengtes, dus als de "grafiek" gaten op bepaalde plaatsen vertoont, dan vertelt dat hen welke gassen er zijn die het absorberen.

Interessant is dat ze ook een verhaal vertellen over de omstandigheden in het vroege universum, over de objecten die toen bestonden en wat ze deden. Spectra kan stervorming onthullen, de stroom van gassen van de ene regio naar de andere, de sterfgevallen van sterren, hoe snel objecten bewegen, hun temperaturen en nog veel meer. De Imager "maakt foto's" van de IGM evenals verre objecten, op veel verschillende golflengtes. Astronomen kunnen deze objecten niet alleen zien, maar ze kunnen de verkregen gegevens ook gebruiken om meer te weten te komen over de samenstelling, massa en snelheid van een object op afstand.

Onderzoek van het Kosmische Web

Astronomen zijn geïnteresseerd in het kosmische 'web' van materiaal dat tussen sterrenstelsels en clusters stroomt. Ze vragen waar het vandaan komt, waar het naartoe gaat, hoe warm het is en hoeveel er van is.

Ze zoeken voornamelijk naar waterstof, omdat dit het belangrijkste element in de ruimte is en licht uitzendt op een specifieke ultraviolette golflengte die Lyman-alpha wordt genoemd. De atmosfeer van de aarde blokkeert licht op ultraviolette golflengten, dus Lyman-alpha wordt het gemakkelijkst vanuit de ruimte waargenomen. Dat betekent dat de meeste instrumenten die het waarnemen zich boven de atmosfeer van de aarde bevinden. Ze zijn aan boord van grote ballonnen of op ruimteschepen. Maar het licht van het verre universum dat door de IGM reist, heeft zijn golflengten uitgerekt door de expansie van het universum; dat wil zeggen, het licht arriveert "rood-verschoven", waardoor astronomen de vingerafdruk van het Lyman-alpha-signaal kunnen detecteren in het licht dat ze krijgen via de Cosmic Web Imager en andere grondinstrumenten.

De meest verre sterrenstelsels vertellen over omstandigheden in het verre universum, vroeg in de kosmische geschiedenis. NASA, ESA, R. Windhorst (Arizona State University) en H. Yan (Spitzer Science Center, Caltech)

Astronomen hebben zich gericht op het licht van objecten die actief waren toen het sterrenstelsel slechts 2 miljard jaar oud was. In kosmische termen is dat hetzelfde als kijken naar het universum toen het een baby was. In die tijd stonden de eerste sterrenstelsels in brand met stervorming. Sommige sterrenstelsels begonnen zich net te vormen en botsten op elkaar om steeds grotere sterrensteden te creëren. Veel "blobs" die er zijn blijken deze proto-melkwegstelsels te zijn die zich net beginnen samen te trekken. Ten minste één die astronomen hebben bestudeerd, blijkt behoorlijk groot te zijn, drie keer groter dan de Melkweg (die zelf een diameter heeft van ongeveer 100.000 lichtjaar). De Imager heeft ook quasars op afstand bestudeerd, zoals hierboven afgebeeld, om hun omgevingen en activiteiten te volgen. Quasars zijn zeer actieve "motoren" in de harten van sterrenstelsels. Ze worden waarschijnlijk aangedreven door zwarte gaten, die oververhit materiaal opslorpen dat sterke straling afgeeft terwijl het in het zwarte gat spiraalt. 

Dupliceren van succes

De studie van intergalactische dingen blijft zich ontwikkelen zoals een detectiveroman. Er zijn veel aanwijzingen over wat er is, een duidelijk bewijs om het bestaan ​​van sommige gassen en stof te bewijzen, en nog veel meer om te verzamelen. Instrumenten zoals de Cosmic Web Imager gebruiken wat ze zien om bewijs te vinden van lang geleden gebeurtenissen en objecten in het licht dat van de meest verre dingen in het universum stroomt. De volgende stap is om dat bewijs te volgen om erachter te komen wat er precies in de IGM zit en nog verder verwijderde objecten detecteren waarvan het licht het zal verlichten. Dat is een belangrijk onderdeel van het bepalen van wat er gebeurde in het vroege universum, miljarden jaren voordat onze planeet en ster zelfs bestonden.