Astronomen hopen de allereerste sterren en sterrenstelsels in het heelal te zien

Soms is het gemakkelijk astronoom te zijn. Als je hemelse doel iets eenvoudigs en helders is, kan het spel vrij eenvoudig zijn: richt je telescoop op het ding en wacht gewoon tot alle sappige fotonen erin komen.

Maar soms is astronoom zijn moeilijk, zoals wanneer je de eerste sterren probeert te bestuderen die in het universum verschijnen. Ze zijn veel te ver weg en te zwak om rechtstreeks met telescopen te kunnen zien (zelfs de veel gehypte James Webb-ruimtetelescoop zal alleen de eerste sterrenstelsels kunnen zien, een opeenhoping van licht van honderden miljarden sterren). Tot op heden hebben we geen waarnemingen van de eerste sterren, wat een grote teleurstelling is.

Astronomen houden zich dus bezig met een klein beetje kosmische kiekeboe.

Voordat de eerste sterren werden gevormd (de exacte datum is onzeker, omdat we deze nog niet hebben waargenomen, maar we vermoeden dat het ongeveer dertien miljard jaar geleden gebeurde), bestond het universum bijna volledig uit pure, onvervalste neutrale waterstof: enkele elektronen gebonden aan enkele protonen in perfecte harmonie.

Maar toen verschenen de eerste sterren en ze stortten hun hoogenergetische straling door de kosmos, en overspoelden het universum met overvloedige röntgenstralen en gammastralen. Die intense straling scheurde het neutrale waterstof uit elkaar en zette het om in het dunne maar hete plasma dat we in het huidige universum zien. Dit proces, bekend als het tijdperk van reïonisatie, begon in kleine stukjes die uiteindelijk uitgroeiden tot de kosmos, als een stel rare bubbels.

Dit alles is fascinerend, maar hoe kunnen astronomen dit proces daadwerkelijk detecteren? Ze kunnen het via een trucje van neutrale waterstof: het zendt straling uit op een zeer specifieke frequentie, 1420 MHz, wat overeenkomt met een golflengte van 21 centimeter. Voordat de eerste sterren online kwamen, pompte het neutrale gas deze straling van 21 cm weg, terwijl het signaal geleidelijk afnam naarmate het universum een ​​plasma werd.

Dit klinkt als een plan, behalve a) dit signaal is ongelooflijk zwak en b) een ontelbaar aantal andere dingen in het universum zenden straling uit met vergelijkbare frequenties, inclusief onze radio's op aarde.

Bij de foto: Een visualisatie van hoe de eerste sterren in het universum eruit zagen. Bron: NASA.

Om de hinderlijke ruis van het sappige kosmologische signaal te ontwarren, zijn bergen gegevens nodig en wordt door de astronomische hooiberg naar de naald van de golflengte van 21 cm gezeefd. Er is momenteel niet de mogelijkheid om de detectie uit te voeren - dat zal moeten wachten op de volgende generatie radiotelescopen zoals de Square Kilometre Array - maar de huidige observatoria zoals de Murchison Widefield Array in West-Australië leggen al het nodige basiswerk.

Inclusief het leveren van 200 TB aan gegevens in de eerste passage, die momenteel wordt geanalyseerd door enkele van de krachtigste supercomputers ter wereld.

Auteur: Jan Vyvey
Bron: Universe Today, Dr. Paul M. Sutter.