Kosmische 'mist' van waterstofgas na oerknal snel opgelost

De ‘mist’ van waterstofgas waarmee de ruimte kort na de oerknal was gevuld, is verrassend snel opgelost. Dat blijkt uit nauwkeurig onderzoek, met de Europese Very Large Telescope (VLT), van vijf van de verste sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen. Het licht van de onderzochte sterrenstelsels heeft er 12,7 tot 12,9 miljard jaar over gedaan om de aarde te bereiken. Omdat het heelal volgens de huidige inzichten 13,7 miljard jaar geleden is ontstaan, worden deze stelsels dus waargenomen zoals ze er 800 miljoen tot 1 miljard jaar na de oerknal uitzagen.

Vanaf 400.000 jaar na de oerknal was de ruimte gevuld met koel, donker gas – voornamelijk waterstof en helium – dat licht van specifieke golflengten absorbeerde. Dat gas ontstond uit de elementaire deeltjes die in grote aantallen uit de oerknal waren voortgekomen. Inmiddels is die kosmische mist bijna helemaal opgetrokken: energierijke straling heeft het neutrale gas geïoniseerd – de gasatomen zijn één of meer van hun elektronen kwijtgeraakt.

Astronomen zijn erg benieuwd naar het verloop van deze zogeheten reïonisatie (‘re’ omdat de materie ook kort na de oerknal in geïoniseerde toestand verkeerde), en vooral naar de veroorzakers ervan. Tot nu toe worden zware, hete sterren en hete materie in de omgeving van zwarte gaten als de belangrijkste kandidaten gezien. Deze objecten produceren straling die energierijk genoeg is om waterstofatomen in protonen en elektronen te scheiden.

Bij het onderzoek met de VLT is gekeken naar het ultraviolette licht dat de verre sterrenstelsels op één bepaalde golflengte hebben uitgezonden. Door de uitdijing van het heelal is dit uv-licht sinds het moment van uitzenden zo ver uitgerekt, dat het infraroodstraling is geworden – een verschijnsel dat roodverschuiving wordt genoemd.

De onderzoekers zijn er niet alleen in geslaagd om, aan de hand van de gemeten roodverschuiving, de afstanden van de vijf verre sterrenstelsels te bepalen, ook hebben zij gemeten in welke mate het door de stelsels uitgezonden uv-licht door het neutrale waterstofgas in hun omgeving is geabsorbeerd. Dat laatste geeft informatie over de voortgang van het reïonisatieproces.

De verste (en dus ‘vroegste’) sterrenstelsels in het onderzoek vertonen een veel sterkere absorptie van uv-licht dan de nabijere (‘latere’) stelsels. Toen het heelal 800 miljoen jaar oud was, was nog tien tot vijftig procent van de ruimte met neutraal waterstofgas gevuld. Tweehonderd miljoen jaar later was de reïonisatie echter al zo goed als voltooid – tweemaal zo snel als lange tijd voor mogelijk is gehouden.

Een gedetailleerde analyse van het licht van de twee verste sterrenstelsels doet vermoeden dat de reïonisatie deels door zware, hete sterren is veroorzaakt. Hoe groot hun bijdrage is geweest, zal echter pas blijken als zich over een jaar of tien een nieuwe generatie van grote (ruimte)telescopen heeft aangediend.

Eddy Echternach