Kolossale gasbrug werkt als versneller

Astronomie Een ‘rug’ van heet gas verbindt twee clusters van sterrenstelsels en produceert een bijzonder soort radiostraling.

Sterrenstelselclusters Abell 0399 en Abell 0401 worden verbonden door een gasbrug, op 1 miljard lichtjaar vanaf aarde.
Sterrenstelselclusters Abell 0399 en Abell 0401 worden verbonden door een gasbrug, op 1 miljard lichtjaar vanaf aarde. Beeld DSS, Pan-STARRS1, XMM-Newton, PLANCK, F.Govoni, M.Murgia, INAF

Twee clusters van sterrenstelsels op ruwweg een miljard lichtjaar van de aarde blijken te zijn verbonden door een ‘rug’ van plasma (heet gas) die radiostraling uitzendt. Dat blijkt uit waarnemingen met de radiotelescoop LOFAR. De kolossale structuur produceert een gloed van radiostraling die erop wijst dat er magnetische velden in het spel zijn.

De materie in het heelal is niet uniform verdeeld: ze vormt een netwerk van draderige structuren, de zogeheten filamenten. Tussen deze filamenten in is de ruimte betrekkelijk leeg, maar op punten waar meerdere filamenten samenkomen heeft zich juist extra veel materie verzameld en hebben zich clusters gevormd.

Clusters zijn de meest massarijke structuren in het heelal die door de zwaartekracht bijeen worden gehouden. Ze bestaan uit honderden tot duizenden afzonderlijke sterrenstelsels – soortgenoten van onze Melkweg – en bevatten daarnaast ook enorme hoeveelheden gas en donkere materie.

Eigenlijk is het plasma niet heet genoeg voor de elektronen

Een team van astronomen, onder leiding van de Italiaanse Federica Govoni, heeft een bijzonder tweetal clusters onderzocht – Abell 399 en Abell 401 – die op het punt staan om te fuseren. Daarbij is vooral gekeken naar het filament dat de clusters, die nu nog ongeveer tien miljoen lichtjaar van elkaar verwijderd zijn, met elkaar verbindt. De clusters bevinden zich op ongeveer één miljard lichtjaar afstand vanaf aarde.

Dat de ruimte tussen de beide clusters niet leeg is, is al bekend sinds de jaren negentig. Abell 399 en 401 zijn sindsdien met allerlei instrumenten, en op allerlei golflengten, onderzocht – en nu dus ook met de LOFAR-radiotelescoop. Volgens teamlid Huub Röttgering, hoogleraar aan de Universiteit Leiden en deskundige op het gebied van de grootste structuren in het heelal, is het duo zo interessant omdat hun onderlinge afstand klein genoeg is om allerlei activiteit tussen de clusters te mogen verwachten.

Die activiteit komt in dit geval tot uiting in het uitzenden van een speciaal soort radiostraling: zogeheten synchrotronstraling. „Voor synchrotronstraling heb je twee dingen nodig: een magnetisch veld en elektronen met snelheden die in de buurt van de lichtsnelheid komen”, zegt Röttgering.

Dat de elektronen in het plasma tussen Abell 399 en 401 genoeg snelheid hebben om synchrotronstraling te produceren, kwam als een verrassing. „Het plasma is eigenlijk niet heet genoeg”, legt Röttgering uit. „Weliswaar is het denkbaar dat de snelste elektronen in het plasma door turbulenties en schokgolven net genoeg snelheid krijgen om synchrotronstraling uit te zenden, maar of dit mechanisme efficiënt genoeg is, is nog maar de vraag.”

Lees ook: Zwart gat gooit heet gas alle kanten op

De astronomen vermoeden dan ook dat er iets anders aan de hand is. Röttgering: „In zo’n cluster zitten altijd stelsels met superzware zwarte gaten in hun kern, en die bestoken hun omgeving met bundels van zeer snelle elektronen. Ook de plekken waar deze elektronen uiteindelijk terechtgekomen zijn, zijn normaal gesproken moeilijk te zien. Maar als ze door turbulenties in het hete gas nog een trap na krijgen, kan dat alsnog in een waarneembare gloed van synchrotronstraling resulteren.”

Om meer inzicht te krijgen in de activiteiten die zich tussen Abell 399 en 401 afspelen, moet het tweetal nog beter worden bekeken. De vrijdag in Science gepubliceerde resultaten zijn voortgekomen uit van waarnemingen waarbij alleen het Nederlandse deel van de LOFAR-radiotelescoop is gebruikt. Het is de bedoeling dat bij vervolgwaarnemingen ook LOFAR-stations elders in Europa worden ingezet. Dat levert detailrijkere beelden op, maar het maken ervan zal volgens Röttgering nog wel enkele jaren in beslag nemen.