Zwakke gloed van waterstofgas verlicht het hele heelal

Astronomie De Very Large Telescope heeft een zacht schijnsel waargenomen, afkomstig van waterstofgas op 12 tot 13 miljard lichtjaar afstand.

Lyman-alfastraling (in felblauw). Beeld ESA/Hubble & NASA, ESO/ L. Wisotzki et al.

Zelfs de leegste stukjes hemel zijn niet zo donker als gedacht. Bij waarnemingen met de Europese Very Large Telescope (VLT) in het noorden van Chili is een uiterst zwakke gloed van zichtbaar licht ontdekt die vrijwel de complete hemel bestrijkt. De gloed is afkomstig van waterstofgaswolken rond sterrenstelsels op twaalf tot dertien miljard lichtjaar van de aarde.

Het gaat om ultraviolette straling van een specifieke golflengte: zogeheten lyman-alfastraling. In haar oorspronkelijke vorm is deze straling niet waarneembaar met telescopen op het aardoppervlak: ze wordt geabsorbeerd door de dampkring. Het licht van de onderzochte sterrenstelsels heeft er echter miljarden jaren over gedaan om ons te bereiken. En doordat het heelal ondertussen uitdijt, worden de lichtgolven uitgerekt en neemt hun golflengte toe.

Dit effect, dat kosmologische roodverschuiving wordt genoemd, heeft tot gevolg dat de lyman-alfastraling van verre sterrenstelsels de aarde als zichtbaar licht bereikt. Daar heeft een internationaal onderzoeksteam, met daarin onder meer vijf astronomen van de Sterrewacht Leiden, nu dankbaar gebruik van gemaakt.

Met de VLT hebben de astronomen gekeken naar een klein stukje hemel dat representatief wordt geacht voor de hele hemel. In dit ‘Hubble Ultra Deep Field’ is een verrassende overvloed aan roodverschoven lyman-alfastraling ontdekt. De waterstofwolken rond verre sterrenstelsels blijken dermate uitgestrekt te zijn, dat ze elkaar van de aarde af gezien vrijwel overlappen. Hierdoor vertoont de volledige hemel een zwakke lichtgloed.

„De gloed is heel moeilijk te zien”, vertelt professor Joop Schaye, een van de astronomen die bij de ontdekking betrokken is. „Hij komt amper uit boven de ruis waar de detectoren altijd last van hebben.”

Bij de ontdekking speelde een in 2014 in gebruik genomen instrument een doorslaggevende rol: de MUSE-spectrograaf. „Dit instrument kun je heel nauwkeurig op één specifieke golflengte afstemmen. Op die manier kun je de ruis sterk terugdringen.”

In hun vandaag in Nature verschenen onderzoeksverslag doen de astronomen geen harde uitspraken over de oorsprong van de lyman-alfastraling. Schaye: „Er zijn verschillende mechanismen die tot het ontstaan ervan kunnen leiden. Als volgende stap willen we computersimulaties van het hele proces gaan maken, om te kijken of we kunnen vaststellen welk mechanisme het belangrijkst is.”