In Zuid-Afrika heeft een radiotelescoop een signaal opgevangen dat ongeveer acht miljard jaar geleden werd uitgezonden. Het kwam vrij bij twee botsende sterrenstelsels, werd onderweg versterkt door een kosmische ‘loep’ en verbreekt alle eerdere records binnen zijn categorie. Achter deze opvallende vondst zit niet alleen toeval, maar ook een aanpak waarmee onderzoekers straks duizenden vergelijkbare ‘lasers uit de ruimte’ willen opsporen.
Hoe een kosmisch toeval een recordsignaal mogelijk maakte
Centraal staat een ver weg gelegen object met de nuchtere naam HATLAS J142935.3-002836. Dit sterrenstelsel bestond in een periode waarin het heelal pas circa vijf miljard jaar oud was-minder dan de helft van zijn huidige leeftijd. Vanuit die omgeving vertrok een sterk gebundeld radiosignaal.
Na een reis van meer dan acht miljard lichtjaar-dus over meer dan de helft van de waarneembare omvang van het heelal-kwamen de radiogolven aan bij de antennes van de Zuid-Afrikaanse radiotelescoop MeerKAT. Normaal gesproken zou zo’n signaal over die afstand zó uitgesmeerd en zó zwak worden, dat het niet meer meetbaar is.
"Alleen een uitzonderlijk gunstige samenstand van drie hemelobjecten maakte de waarneming überhaupt mogelijk."
Tussen de verre bron en de aarde staat namelijk nóg een tweede, zeer massief sterrenstelsel-bijna precies op de denkbeeldige verbindingslijn. Door zijn zwaartekracht wordt de ruimte eromheen vervormd, en daarmee ook het pad van de radiogolven. Dit effect heet een Gravitationslinse.
Het werkt als een vergrootglas: het tussenliggende sterrenstelsel versterkt het binnenkomende signaal, focust het en laat het helderder lijken dan op die afstand plausibel is. Zonder deze kosmische uitlijning-bron, ‘loep’ en aarde vrijwel op één lijn-zou het signaal simpelweg onzichtbaar zijn gebleven.
Een onderzoeksgroep rond astrofysicus Marcin Glowacki van de Universiteit van Pretoria vond deze zeldzame configuratie terug in gegevens van de MeerKAT Absorption Line Survey. De voorlopige resultaten, gepubliceerd als preprint op arXiv, beschrijven in feite een natuurlijk ‘toevalsexperiment’ dat een inkijk geeft in gebieden die anders ver buiten het bereik van metingen liggen.
MeerKAT: reusachtige radio-oren in de Karoo-woestijn
De detectie werd gedaan met MeerKAT in Zuid-Afrika. De installatie bestaat uit 64 schotels die verspreid staan in het droge landschap van de Karoo-woestijn. Samen functioneren ze als één virtuele radiotelescoop met een uitzonderlijk fijn gehoor voor radiogolven.
MeerKAT scant vrijwel continu grote delen van de zuidelijke hemel. Extra aandacht gaat uit naar zones waar Gravitationslinsen kunnen voorkomen, bijvoorbeeld in gebieden met veel zware sterrenstelsels of complete sterrenstelselhopen. Juist daar verwachten onderzoekers vaker versterkte signalen zoals dit op te pikken.
- Locatie: Karoo-woestijn in Zuid-Afrika
- Aantal antennes: 64 losse schotels
- Ingebruikname: eind jaren 2010
- Sterkte: hoge gevoeligheid voor uiterst zwakke radiogolven
- Rol: voorloper en bouwsteen van de toekomstige Square Kilometre Array (SKA)
In april 2025 noteerden de antennes een ongebruikelijk helder radiosignaal. De analyse wees uit dat het afkomstig is uit een gebied waar twee sterrenstelsels letterlijk in elkaar schuiven. Precies daar ontstaat een extreem energierijk verschijnsel: een Megamaser van Hydroxyl-moleculen.
Als sterrenstelsels botsen en een kosmische ‘laser’ ontbranden
De fysieke oorsprong van het record klinkt op het eerste gezicht bescheiden: Hydroxyl-moleculen, verbindingen van één zuurstof- en één waterstofatoom (OH). Doorslaggevend is echter de plek waar die moleculen zich bevinden: midden in een heftige botsing tussen sterrenstelsels.
Wanneer twee sterrenstelsels op elkaar inwerken, raken hun gas- en stofwolken met elkaar vermengd. Enorme gasvoorraden worden samengeperst, waardoor schokfronten en schokgolven ontstaan. In deze ruige omstandigheden komen de OH-moleculen in een sterk aangeslagen toestand terecht.
Onder de juiste voorwaarden zenden de moleculen dan radiogolven uit-niet willekeurig, maar juist gebundeld en versterkt. Het mechanisme lijkt grofweg op dat van een laser, alleen speelt het zich af in het radiogebied. In vaktaal heet dit een Maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Als het effect uitzonderlijk krachtig is, spreken experts van een Megamaser.
"In het geval van HATLAS J142935 spreken onderzoekers zelfs van een mogelijke ‘Gigamaser’-een nieuwe, nog extremere categorie."
De gemeten lichtkracht ligt boven die van alle tot nu toe bekende Hydroxyl-Megamasers. Het team rond Glowacki stelt daarom voor om dit object in een eigen klasse onder te brengen. De term ‘Gigamaser’ moet onderstrepen hoeveel energieker het signaal is dan bij de gangbare voorbeelden.
Starburst-fabriek: honderden zonnen per jaar
De verklaring voor de enorme uitstraling ligt in de extreme stervorming tijdens de botsing. Schattingen komen uit op enkele honderden zonsmassa’s per jaar. Ter vergelijking: in de Melkweg is dat doorgaans maar één tot twee zonsmassa’s per jaar.
Dergelijke intense ‘Starburst’-fases zorgen voor veel straling en voortdurende schokprocessen die de OH-moleculen steeds opnieuw aanslaan. Daardoor blijft het maser-effect langdurig actief en werkt het als een kosmische vuurtoren door de ruimte.
Wat onderzoekers uit het radiosignaal kunnen afleiden
De radiogolven van de Gigamaser bevatten een grote hoeveelheid informatie. Ze laten zien waar in het botsende sterrenstelsel dicht, moleculair gas zit, hoe snel dat gas beweegt en hoe sterk het geconcentreerd is. Daarmee krijgen astrofysici een manier om de binnengebieden van zeer verre sterrenstelsels in kaart te brengen.
Extra interessant is de koppeling tussen maser-signalen en de ontwikkelingsgeschiedenis van sterrenstelsels. Botsingen spelen namelijk een sleutelrol in hoe grote sterrenstelsels over miljarden jaren ontstaan en veranderen. Elke nieuwe maser-detectie vult het beeld aan: hoe vaak komen zulke versmeltingen voor, en hoe gewelddadig verlopen ze?
Omdat optische telescopen al snel beperkt worden door stof, hebben radiometingen een voordeel: radiogolven gaan relatief goed door stof heen. Daardoor komen radiotelescopen vaak wél in gebieden die in zichtbaar licht volledig afgeschermd blijven.
MeerKAT als voorbode: de jacht op duizenden verborgen masers begint
Deze ontdekking geldt als de eerste Hydroxyl-Gigamaser die dankzij een Gravitationslinse zichtbaar werd. Juist deze combinatie-een intrinsiek krachtige maar te verre maserbron, plus een kosmische ‘loep’-wordt nu gezien als blauwdruk voor nieuwe vondsten.
Onderzoekers vermoeden dat het heelal vol zit met vergelijkbare maserbronnen die zonder extra versterking simpelweg onder de detectielimiet blijven. Zodra een Gravitationslinse meewerkt, vallen zulke eerder onzichtbare objecten ineens binnen bereik van moderne radiotelescopen.
MeerKAT fungeert hierbij als proeftuin voor een veel groter project: de Square Kilometre Array (SKA). In de komende jaren moeten in Zuid-Afrika en Australië duizenden antennes worden geplaatst, met een gezamenlijke verzameloppervlakte van ongeveer één vierkante kilometer. Daarmee neemt de gevoeligheid voor zwakke radiogolven met ongeveer een factor tien toe.
"Met de SKA willen onderzoekers een vrijwel compleet register van verre masers opbouwen-van de nabije kosmos tot de vroegste fasen van de vorming van sterrenstelsels."
Toekomstige campagnes zullen zich gericht richten op hemelgebieden met zware sterrenstelselhopen, omdat daar de sterkste Gravitationslinsen ontstaan. Zo kan de natuur zelf worden ingezet als versterker, verspreid over de hele kosmos.
Wat termen als Gravitationslinse en Maser betekenen
Veel vaktermen klinken abstract, maar zijn goed te verbeelden. Een Gravitationslinse is te vergelijken met een glazen blok dat het licht van een lamp erachter vervormt en op sommige plekken helderder maakt. In plaats van glas veroorzaakt hier de zwaartekracht van een sterrenstelsel of sterrenstelselhoop de vertekening.
Een Maser werkt in de kern als een laserpointer op een bureau: deeltjes worden in een aangeslagen toestand gebracht en geven hun energie in één keer af als gebundelde straling. Het verschil zit in de golflengte (microgolven in plaats van zichtbaar licht) én in de schaal-niet millimeters, maar wolken ter grootte van lichtjaren doen mee.
Kansen en grenzen van deze aanpak
De combinatie van Gravitationslinsen, maser-signalen en extreem gevoelige radiotelescopen opent nieuwe vensters op de vroege geschiedenis van het heelal. Onderzoekers kunnen data verzamelen over:
- verdeling van koud, moleculair gas in zeer verre sterrenstelsels
- snelheid en dynamiek tijdens botsingen tussen sterrenstelsels
- stervormingssnelheden over kosmische tijdschalen
- invloed van versmeltingen op de groei van sterrenstelselkernen
Tegelijkertijd zijn er duidelijke beperkingen: Gravitationslinsen komen alleen voor in specifieke delen van de hemel, en hun versterking hangt sterk af van de precieze massaverdeling van het lenzende sterrenstelsel. Daarom moeten de waarnemingen met complexe modellen worden ‘terugvertaald’ om de oorspronkelijke helderheid en structuur van de bron te reconstrueren.
Toch laat de vondst van deze acht miljard jaar oude Gigamaser zien hoeveel potentieel de methode heeft. Wat nu nog op een uitzonderlijke samenloop lijkt, kan binnen enkele jaren routine worden bij grote radiotelescopen-en het zicht op de verre verleden van het heelal ingrijpend verschuiven.
Reacties
Nog geen reacties. Wees de eerste!
Laat een reactie achter