Astronomen zien gigantische botsingen van clusters van sterrenstelsels in jong heelal

Een internationaal team van onderzoekers onder Leidse leiding heeft negen gigantische botsingen in kaart gebracht van clusters van sterrenstelsels. De botsingen vonden zeven miljard jaar geleden plaats en konden worden waargenomen omdat ze deeltjes versnellen tot grote snelheden. Het is voor het eerst dat botsingen van zulke verre clusters zijn bestudeerd. De onderzoekers publiceren hun bevindingen maandagavond 2 november in het vakblad Nature Astronomy.

Verre clusters van sterrenstelsels. (c) PanSTARRS/NASA/ Chandra/LOFAR
Verre clusters van sterrenstelsels. (c) PanSTARRS/NASA/ Chandra/LOFAR

Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste structuren in het heelal. Ze kunnen bestaan uit duizenden sterrenstelsels met elk miljarden sterren. Als zulke clusters samensmelten dan worden de elektronen die zich tussen deze clusters bevinden, versneld tot bijna de lichtsnelheid. Deze deeltjes zenden vervolgens radiostraling uit als ze in contact komen met magneetvelden in de clusters.

Tot nu toe waren telescopen niet sterk genoeg om de radiostraling van verre botsende clusters op te vangen. Maar dankzij het Nederlands-Europese netwerk van aan elkaar geschakelde LOFAR-antennes en een 'belichtingstijd' van acht uur per cluster konden de onderzoekers voor het eerst gedetailleerde gegevens verzamelen van verre clusters.

Lees verder onder de afbeelding van een cluster van verre sterrenstelsels op 7 miljard lichtjaar van de aarde. De meeste geelwitte vlekken zijn complete sterrenstelsels, sommige vlekken zijn sterren in de voorgrond. De röntgenstraling (blauw) komt van gas van zo'n 10 miljoen tot 100 miljoen graden heet. De radiostraling (rood) is van deeltjes die tot bijna de lichtsnelheid zijn versneld. (c) PanSTARRS/NASA/ Chandra/LOFAR

Helderder dan gedacht
Uit de gegevens blijkt onder andere dat de radiostraling van verre botsende clusters veel helderder is dan gedacht. Volgens de heersende theorieën komt de radiostraling van deeltjes die worden versneld door turbulente wervelingen. Onderzoeksleider Gabriella Di Gennaro, promovenda aan de Universiteit Leiden voegt toe: "We denken dan ook dat de turbulentie en de wervelingen die bij de botsingen ontstaan, sterk genoeg zijn om de deeltjes ook in het jonge heelal te versnellen."

Verder bleken de magneetvelden in de verre clusters ongeveer net zo sterk als in eerder onderzochte nabije clusters. Volgens medeauteur en magneetveld-expert Gianfranco Brunetti (INAF-Bologna, Italië) was dat onverwacht: "We weten nog niet hoe die magneetvelden zo sterk kunnen zijn in een nog jong heelal, maar door ons onderzoek komen we wel dichter bij een oplossing. We hopen dat toekomstige waarnemingen aan verre clusters meer inzicht geven."

Wetenschappelijk artikel
"Fast magnetic field amplification in distant galaxy clusters". Door: Gabriella Di Gennaro et al. In Nature Astronomy, 2 november 2020. (preprint - pdf)

English translation of this news release