13 miljard jaar geschiedenis traceren door het licht van oude quasars

[univers]

Nieuw bewijs voor snelle opwarming in het vroege heelal


Koele en warme koolstof. Krediet: R Davies.

Astrofysici in Australië hebben een nieuw licht geworpen op de toestand van het universum 13 miljard jaar geleden door de dichtheid van koolstof te meten in de gassen rond oude sterrenstelsels.

De studie voegt nog een stukje toe aan de puzzel van de geschiedenis van het universum.

"We ontdekten dat de fractie koolstof in warm gas zo'n 13 miljard jaar geleden snel toenam, wat mogelijk verband houdt met grootschalige verwarming van gas in verband met het fenomeen dat bekend staat als het 'tijdperk van reionisatie'", zegt Dr. Rebecca Davies, ASTRO 3D Postdoctoral Research Associate aan de Swinburne University of Technology, Australië en hoofdauteur van het artikel waarin de ontdekking wordt beschreven.

De studie toont aan dat de hoeveelheid warme koolstof plotseling met een factor vijf is toegenomen in een periode van slechts 300 miljoen jaar - een oogwenk in astronomische tijdschalen.

Hoewel eerdere studies een toename van warme koolstof suggereerden, waren er veel grotere monsters nodig - de basis van de nieuwe studie - om statistieken te verstrekken om de snelheid van deze groei nauwkeurig te meten.

“Dat is wat we hier hebben gedaan. En dus presenteren we twee mogelijke interpretaties van deze snelle evolutie”, zegt dr. Davies.

De eerste is dat er een aanvankelijke toename van koolstof rond sterrenstelsels is, simpelweg omdat er meer koolstof in het universum is.

"In de periode dat de eerste sterren en sterrenstelsels zich vormen, vormen zich veel zware elementen omdat we nooit koolstof hadden voordat we sterren hadden", zegt Dr. Davies. "En een mogelijke reden voor deze snelle opkomst is dat we de producten van de eerste generatie sterren zien."

De studie vond echter ook bewijs dat de hoeveelheid koele koolstof in dezelfde periode afnam. Dit suggereert dat er twee verschillende fasen kunnen zijn in de evolutie van de koolstof: een snelle stijging terwijl reïonisatie plaatsvindt, gevolgd door een afvlakking.

Het onderzoek was een samenwerking tussen: Swinburne University of Technology; het ARC Centre of Excellence voor All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D); INAF-Osservatorio Astronomico di Triëst; IFPU-Instituut voor fundamentele fysica van het heelal, Triëst; Scuola Normale Superiore, Pisa; Max-Planck – Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland; de Universiteit van Californië, Riverside; Leibniz Instituut voor Astrofysica Potsdam (AIP); MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Gemini Observatory en NSF's NOIRLab, Hawai'i; en de Universiteit van Cambridge.

Het tijdperk van reïonisatie, dat plaatsvond toen het universum "slechts" een miljard jaar oud was, was toen de lichten weer aangingen na de kosmische donkere middeleeuwen na de oerknal.

Voordien was het heelal een donkere, dichte mist van gas. Maar toen de eerste massieve sterren zich vormden, begon hun licht door de ruimte te schijnen en de kosmos opnieuw te ioniseren. Dit licht kan hebben geleid tot een snelle opwarming van het omringende gas, waardoor de stijging van warme koolstof die in dit onderzoek is waargenomen, is ontstaan.

Onderzoek naar reïonisatie is essentieel om te begrijpen wanneer en hoe de eerste sterren ontstonden en begonnen met het produceren van de elementen die nu bestaan. Maar metingen zijn notoir moeilijk geweest.

"Het onderzoek onder leiding van dr. Davies was gebaseerd op een uitzonderlijke steekproef van gegevens die werden verkregen tijdens 250 uur aan waarnemingen met de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili", zegt dr. Valentina D'Odorico van het Italiaanse Instituut voor Astrofysica. , de hoofdonderzoeker van het observatieprogramma. "Dit is de grootste hoeveelheid observatietijd die is toegewezen aan een enkel project dat is uitgevoerd met de X-shooter-spectrograaf.

“Dankzij de 8 meter lange VLT konden we enkele van de verst verwijderde quasars waarnemen, die fungeren als zaklampen en sterrenstelsels verlichten langs het pad van het vroege heelal naar de aarde.”

Terwijl het quasarlicht tijdens zijn 13 miljard jaar durende reis door het universum door sterrenstelsels gaat, worden sommige fotonen geabsorbeerd, waardoor kenmerkende streepjescode-achtige patronen in het licht ontstaan, die kunnen worden geanalyseerd om de chemische samenstelling en temperatuur van gas in de sterrenstelsels te bepalen.

Dit geeft een historisch beeld van de ontwikkeling van het heelal.

"Deze 'streepjescodes' worden vastgelegd door detectoren op de X-Shooter-spectrograaf van de VLT", legt dr. Davies uit.

"Dit instrument splitst het licht van de melkweg in verschillende golflengten, alsof we licht door een prisma halen, waardoor we de streepjescodes kunnen lezen en de eigenschappen van elk sterrenstelsel kunnen meten."

De studie onder leiding van dr. Davies legde meer streepjescodes vast van oude sterrenstelsels dan ooit tevoren.

"We hebben het aantal quasars waarvoor we gegevens van hoge kwaliteit hadden, verhoogd van 12 naar 42, waardoor we eindelijk een gedetailleerde en nauwkeurige meting van de evolutie van de koolstofdichtheid mogelijk hebben gemaakt", zegt dr. D'Odorico.

Deze grote vooruitgang werd mogelijk gemaakt door de ESO VLT, een van de meest geavanceerde telescopen op aarde en een strategische partner van Australië.

"De studie levert een oude dataset op die niet significant zal worden verbeterd totdat tegen het einde van dit decennium telescopen van klasse 30 online komen", zegt professor Emma Ryan-Weber, een hoofdonderzoeker in het ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) en tweede auteur van de studie.

"Voor gegevens van hoge kwaliteit van nog vroeger in het heelal is toegang nodig tot telescopen zoals de Extreem Grote Telescoop (ELT) die nu in Chili wordt gebouwd."

Astronomen gebruiken veel verschillende soorten gegevens om een ​​geschiedenis van het universum op te bouwen.

"Onze resultaten komen overeen met recente studies die aantonen dat de hoeveelheid neutrale waterstof in de intergalactische ruimte rond dezelfde tijd snel afneemt", zegt dr. Davies.

"Dit onderzoek maakt ook de weg vrij voor toekomstig onderzoek met de Square Kilometre Array (SKA), die tot doel heeft de emissie van neutraal waterstof direct te detecteren tijdens deze sleutelfase in de geschiedenis van het universum."

Professor Ryan-Weber zegt dat het onderzoek de kern raakt van ASTRO 3D's missie om de evolutie van elementen te begrijpen, van de oerknal tot heden.

"Het richt zich op dit belangrijke doel: hoe verspreidden de bouwstenen van het leven - in dit geval koolstof - zich door het universum?

“Als mensen streven we ernaar om te begrijpen 'waar komen we vandaan?' Het is ongelooflijk om te bedenken dat de streepjescode van die 13 miljard jaar oude koolstofatomen op fotonen is gedrukt in een tijd dat de aarde nog niet eens bestond. Die fotonen reisden door het heelal, de VLT in, en werden vervolgens gebruikt om een ​​beeld te ontwikkelen van de evolutie van het heelal.”

https://www.scienceinpublic.com.au/medi ... pidwarming


De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA heeft de eerste foto's kunnen maken met haar nieuwe telescoop, de James-Webb.
Met zo'n telescoop kan je heel diep in de ruimte kijken. Op de foto zie je sterren die 13 miljard jaar geleden hebben bestaan. Je kijkt dus eigenlijk terug in de tijd.


De Very Large Telescope in Chili heeft volgens de European Southern Observatory (ESO) de "meest afgelegen bron van radio-emissie" tot nu toe gedetecteerd, quasar P172+18.