Een glimp van Sharon

Amerikaanse astronomen hebben aan de rand van het heelal, verder weg dan ooit, een sterrenstelsel ontdekt. Haar naam: Sharon.

ASTRONOMEN verbonden aan de State University of New York at Stony Brook hebben met behulp van de Hubble Space Telescope een sterrenstelsel ontdekt dat zich ongeëvenaard diep in het heelal bevindt (Nature, 15 april). Omdat het licht (dat met 300.000 km/s reist) zo lang onderweg is geweest, kijken we terug in de tijd naar een moment waarop het heelal pas 5 procent van zijn huidige leeftijd bezat. Die leeftijd wordt geschat op circa 15 miljard jaar. Het stelsel, Sharon gedoopt (naar de zus van Sebastian Pascarelle, een van zijn ontdekkers), ziet er dan ook nog jong uit.

Dergelijk ver verwijderde proto-sterrenstelsels aan de rand van het zichtbare heelal verraden zich door de speciale vorm van hun spectrum, de soorten electromagnetische straling die ze uitzenden. Jonge sterrenstelselsels bruisen van de activiteit. De straling van al die pasgeboren hete sterren werkt in op de restanten van de gaswolk waaruit ze door contractie zijn ontstaan. Het gevolg is dat het waterstof in de oerwolk licht van zeer bepaalde golflengtes (kleuren) gaat uitzenden, waaronder de zogeheten Lyman--lijn in het ultraviolette deel van het spectrum.

Voor de aardse waarnemer ziet deze lijn er allesbehalve ultraviolet uit. Dat komt omdat het heelal sinds de oerknal uitdijt. Om die reden is de kleur van Lyman- verschoven naar het nabije-infrarood, op dezelfde manier als de fluit van een zich verwijderende trein in toonhoogte daalt (het Doppler-effect). Astronomen geven deze roodverschuiving aan met z. De roodverschuiving is een maat voor de afstand. Hoe groter z, hoe sneller een stelsel zich van ons verwijdert en, zoals de astronoom Edwin Hubble in de jaren twintig heeft aangetoond, hoe verder het van ons af staat. Sharon heeft z = 6,68, een verbetering van het record dat een team van de Universiteit van Hawaii vorig jaar mei met de Keck-telescoop stelde.

Vanzelfsprekend is het licht van een stelsel op zo'n grote afstand zeer zwak. Om te beginnen verspreidt het zich over een steeds grotere bol, zodat we er maar een klein deel van opvangen. Verder gaat het niet om een puntbron maar om een stelsel met een zekere afmeting, wat een extra verzwakking met een factor (1+z4) met zich meebrengt. Bovendien wordt het van oorsprong ultraviolette licht op weg naar de aarde voor een groot deel geabsorbeerd door het in interstellaire gaswolken aanwezige waterstof. Alleen de krachtigste telescopen zijn in staat het resterende zwakke signaal te filteren uit de achtergrondruis van de overige hemel en uit de ruis van het meetinstrument zelf. Een steuntje in de rug is de karakteristieke vorm van spectra als dat van Sharon: een Lyman--piek, gevolgd door een dip. Met behulp van computers is het uit 400 elkaar deels overlappende hemelobjecten opgevist.

De Hubble-waarnemingen zijn gedaan met de Space Telescope Imaging Spectograph (STIS), bestaande uit drie detectors met ieder 10241024 pixels. Samen bestrijken ze het golflengtegebied van 115 (ultraviolet) tot 1000 nanometer (nabije infrarood). Waarnemingen vanuit de ruimte hebben het voordeel dat ze geen last hebben van de verstorende aardatmosfeer. De STIS-opnamen zijn van 23 tot 26 december 1997 gemaakt.

De Amerikaanse onderzoekers zagen in hun spectrum bij een golflengte van 933 nanometer een bescheiden piekje dat heel goed de verschoven Lyman- zou kunnen zijn. Dit temeer omdat bij 930 nanometer er een sprong optreedt die correspondeert met de boven beschreven absorptie-dip. Omdat de oorspronkelijke golflente van Lyman- 120 nanometer bedraagt, is hier sprake van een zeer forse roodverschuiving. Keihard is de vondst nog niet. In een commentaar bij het Nature-artikel schrijft Richard Green, verbonden aan Kitt Peak National Observatory in Tucson (Arizona) van een `zeer veelbelovende waarneming', maar tegelijk ziet hij graag onafhankelijke additionele bewijsvoering om twijfel uit te sluiten.

Het nu gevonden record-sterrenstelsel is, afgezien van de enorme afstand, in twee opzichten bijzonder. Om te beginnen is de helderheid van Sharon in het ultraviolet verrassend hoog. Omdat er een verband is tussen de hoeveelheid vrijkomend ultraviolet licht en het tempo van sterformatie, opperen de auteurs van het Nature-artikel dat sterrenstelsels actiever zijn naarmate ze verder van ons af staan en we dus dieper in de tijd terugblikken.

Verder blijkt de absorptie van de ultraviolette straling door interstellair waterstofgas bijna 100 procent te zijn. Voor stelsels die wat dichterbij staan komt er van dit deel van het spectrum wel wat op aarde aan. Deze verandering in de eigenschappen van het interstellaire gas zou `getriggerd' kunnen zijn door quasars en sterformatie, verschijnselen die beide met ioniserende ultravilette straling gepaard gaan. Stelsels als Sharon bieden de astroom zo zicht op beslissende leeftijdsfases van het heelal.