Sterren straalden al minstens vier quattuordeciljoen lichtdeeltjes het heelal in

Astronomie

Aan de hand van blazars, speciale sterrenstelsels, is bepaald hoeveel fotonen tot op heden in ons heelal zijn uitgezonden.

Illustratie van een blazar, die deeltjes en straling wegschiet. Als zo’n bundel richting aarde wijst, is hij waarneembaar. Foto M. Weiss/CfA

Vier quattuordeciljoen – een 4 met 84 nullen erachter. Dat is de nieuwste schatting van het aantal fotonen (‘lichtdeeltjes’) dat opeenvolgende generaties van sterren in ons heelal hebben uitgezonden. Het resultaat is gebaseerd op gegevens van de Amerikaanse ruimtetelescoop Fermi, die zelf alleen fotonen van de meest energierijke vorm van straling kan detecteren: gammastraling.

Bij het onderzoek, dat deze donderdag in Science is gepubliceerd, was een team van 130 astronomen uit dertien landen betrokken. Ze heeft gekeken naar de gammastraling van zogeheten blazars. Dat zijn sterrenstelsels met een superzwaar zwart gat in hun kern die twee smalle bundels van energierijke deeltjes en straling de ruimte in schieten. Als een van die ‘jets’ toevallig in de richting van de aarde wijst, is een blazar tot op miljarden lichtjaren afstand waarneembaar.

Lees ook: Het licht gaat uit in het heelal

Onderweg naar de aarde moeten de gammafotonen die in zo’n jet zijn ontstaan zich een weg banen door een ‘mist’ van minder energierijke fotonen. Dat zijn de fotonen die, nadat ze door sterren zijn uitgezonden, massaal door de ruimte tussen de sterrenstelsels zwerven. Tezamen geven deze fotonen een zwakke gloed die het extragalactische achtergrondlicht wordt genoemd.

Bij botsingen tussen gammafotonen en energie-armere fotonen ontstaan paren van elektronen en positronen – kleine geladen deeltjes. Dat leidt ertoe dat er meer gammafotonen ‘verdwijnen’ naarmate hun oorsprong verder van ons vandaan ligt. Ook lopen de meest energierijke gammafotonen een grotere kans om geabsorbeerd te worden dan de minder energierijke. Dankzij deze effecten kunnen astronomen aan de ontvangen gammastraling aflezen hoe dicht de mist van fotonen onderweg is geweest.

Extragalactisch achtergrondlicht

Hoofdauteur van het artikel Marco Ajello van Clemson University in South Carolina (VS) legt via e-mail uit hoe je dan tot het eerder genoemde kolossale aantal komt. „Dat volgt uit de door ons gemeten fotonendichtheid van het huidige extragalactische achtergrondlicht”, aldus Ajello. „Door deze dichtheid te vermenigvuldigen met het volume van het heelal komen we op 4 x 1084.”

Daar voegt Ajello wel aan toe dat het werkelijke aantal fotonen nóg groter zal zijn. „Onze metingen beperken zich tot fotonen van ultraviolette tot nabij-infrarode golflengten”, schrijft hij. „Maar veel stellaire fotonen worden geabsorbeerd door stof binnen de sterrenstelsels en vervolgens weer uitgezonden op veel langere golflengten. Die fotonen vallen buiten het zicht van ons onderzoek.”

De ruim 700 blazars waarvan Ajello en zijn team de gammastraling hebben waargenomen bevinden zich op afstanden uiteenlopend van 200 miljoen tot bijna 12 miljard lichtjaar. Hierdoor kan aan de Fermi-gegevens ook worden afgelezen hoe de intensiteit van het extragalactische achtergrondlicht in de loop van de afgelopen 12 miljard jaar is veranderd. En dat geeft weer inzicht in de snelheid waarmee tijdens de verschillende perioden nieuwe sterren werden gevormd.

Lees ook: ‘Zon’ op je huid komt ook van buiten de Melkweg

Samentrekken van grote wolken

Sterren ontstaan door het samentrekken van grote wolken van gas en stof. De auteurs komen tot de conclusie dat dit proces ongeveer 10 miljard jaar geleden zijn hoogtepunt heeft bereikt. Dat is in goede overeenstemming met de resultaten van eerdere, andersoortige onderzoeken.

Sinds die piek is de vorming van nieuwe sterren geleidelijk afgenomen. De sterrenstelsels van nu, waaronder onze eigen Melkweg, produceren nog maar een handjevol nieuwe sterren per jaar. Of deze dalende trend zal doorzetten is nog onzeker: dat hangt af van de hoeveelheid gas waar de huidige sterrenstelsels nog over kunnen beschikken.

Het is overigens lang niet voor het eerst dat astronomen een schatting hebben gemaakt van het extragalactische achtergrondlicht. Voorgaande onderzoeken waren veelal echter gebaseerd op rechtstreekse waarnemingen van de infrarood- en ultravioletstraling van (niet al te verre) sterrenstelsels. Deze directe metingen worden bemoeilijkt door ‘lichtvervuiling’ van natuurlijke aard: het zodiakale schijnsel – zonlicht dat door stof in ons eigen zonnestelsel is verstrooid. Dat stof veroorzaakt geen hinder op gammagolflengten.

    • Eddy Echternach