Astronomen die gebruik maken van ESO’s Very Large Telescope hebben voor het eerst waarnemingen gedaan van een snelle radioflits die door de halo van een sterrenstelsel heen ging. De mysterieuze uitbarsting van kosmische radiostraling, die nog geen milliseconde duurde, passeerde de halo vrijwel onverstoord, wat erop wijst dat deze verrassend ijl is en geen sterk magnetisch veld heeft. Deze techniek kan worden gebruikt om ook de ongrijpbare halo’s van andere sterrenstelsels te onderzoeken.
Met behulp van het signaal van een snelle radioflits hebben astronomen het diffuse gas in de halo van een massarijk sterrenstelsel doorgelicht [1]. In november 2018 detecteerde de Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop een snelle radioflits die de aanduiding FRB 181112 kreeg. Vervolgwaarnemingen met ESO’s Very Large Telescope (VLT) en andere telescopen hebben laten zien dat de radiopulsen onderweg naar de aarde door de halo van een groot sterrenstelsel zijn gegaan. Deze ontdekking stelde astronomen in de gelegenheid om het radiosignaal te onderzoeken op aanwijzingen over de eigenschappen van het halogas.
‘Het signaal van de snelle radioflits heeft de eigenschappen van het magnetische veld rond het sterrenstelsel en de structuur van het halogas onthuld. Het onderzoek heeft een nieuwe techniek opgeleverd voor het onderzoek van de halo’s van sterrenstelsels’, zegt J. Xavier Prochaska, hoogleraar astronomie en astrofysica aan de Universiteit van Californië in Santa Cruz en hoofdauteur van het onderzoeksverslag dat vandaag in het tijdschrift Science is verschenen.
Astronomen weten nog steeds niet waardoor snelle radioflitsen worden veroorzaakt en zijn er pas onlangs in geslaagd om van enkele van deze zeer korte, heel heldere radiosignalen vast te stellen uit welke sterrenstelsels zij afkomstig waren. ‘Toen we de radio-opnamen over optische beelden heen legden, zagen we direct dat de snelle radioflits door de halo van een sterrenstelsel dat toevallig op de voorgrond staat heen is gegaan’, zegt medeauteur Cherie Day, promovendus aan Swinburne University of Technology in Australië. ‘Dat stelde ons voor het eerst in staat om de anderszins onzichtbare materie rond dit sterrenstelsel rechtstreeks te onderzoeken.’
Een galactische halo bevat zowel donkere als normale – of baryonische – materie. Deze laatste bestaat voornamelijk uit heet geïoniseerd gas. Waar het lichtgevende deel van een massarijk sterrenstelsel een middellijn van ruwweg 30.000 lichtjaar heeft, is zijn min of meer bolvormige halo tien keer zo groot. Halogas dat naar het centrum van het sterrenstelsel toe valt, dient als grondstof voor de vorming van sterren. Andere processen, zoals supernova-explosies, bewerkstelligen het tegenovergestelde: ze blazen materiaal uit stervormingsgebieden de galactische halo in. Een van de redenen waarom astronomen het halogas willen onderzoeken, is om meer te weten te komen over dit uitstootproces, dat de stervorming geheel kan stilleggen.
‘De halo van dit sterrenstelsel is verrassend rustig’, zegt Prochaska. ‘Het radiosignaal is vrijwel niet verstoord door het sterrenstelsel, wat in schril contrast staat met wat modellen eerder hebben voorspeld.’ Het signaal van FRB 181112 bestond uit meerdere pulsen, die elk minder dan 40 microseconden duurden (10.000 keer korter dan een oogknippering). De korte duur van de pulsen legt een bovenlimiet op aan de dichtheid van het halogas, omdat de tocht door een dichter medium de duur van het radiosignaal zou verbreden. De onderzoekers hebben berekend dat de dichtheid van het halogas minder dan 0,1 atoom per kubieke centimeter moet zijn (vergelijkbaar met een paar honderd atomen in een volume ter grootte van een feestballon). [2]
‘Net als de trillende lucht op een warme zomerdag, zou de ijle atmosfeer van dit massarijke sterrenstelsel het signaal van de snelle radioflits moeten vervormen. Maar in plaats daarvan ontvingen we een puls die zo maagdelijk en scherp is dat het gas geen sporen heeft achtergelaten,’ zegt mede-auteur Jean-Pierre Macquart, astronoom aan het International Center for Radio Astronomy Research van Curtin University in Australië. Bij het onderzoek zijn geen bewijzen gevonden voor koude turbulente wolken of kleine compacte samenballingen van koel halogas. Het signaal van de snelle radioflits heeft ook informatie opgeleverd over het magnetische veld in de halo, dat erg zwak blijkt te zijn – een miljard keer zwakker dan dat van een koelkastmagneet.
Op basis van de resultaten van slechts één galactische halo kunnen de onderzoekers niet zeggen of de lage dichtheid en de geringe magnetische veldsterkte die zij gemeten hebben ongewoon zijn of dat deze eigenschappen bij eerdere onderzoeken van galactische halo’s overschat zijn. Prochaska zegt dat hij verwacht dat ASKAP en andere radiotelescopen de snelle radioflitsen zullen benutten om de eigenschappen van veel meer galactische halo’s te onderzoeken. ‘Misschien is dit sterrenstelsel wel een buitenbeentje,’ zegt hij. ‘Pas als we snelle radioflitsen hebben kunnen gebruiken om tientallen of honderden sterrenstelsels van uiteenlopende massa’s en leeftijden te onderzoeken, krijgen we beeld van de volledige populatie.’ Optische telescopen zoals ESO’s VLT spelen een belangrijke rol bij de bepaling van de afstand van het sterrenstelsel waaruit zo’n radioflits afkomstig is, en bij de vaststelling of de radioflits door de halo van een voorgrondstelsel kan zijn gegaan.
Noten
[1] De halo van ijl gas strekt zich uit tot ver buiten het lichtgevende deel van een sterrenstelsel, waar zich de sterren hebben verzameld. Hoewel dit hete, diffuse gas meer aan de massa van een sterrenstelsel bijdraagt dan de sterren, laat het zich maar moeilijk onderzoeken.
[2] De dichtheid legt ook grenzen op aan de mogelijkheid van turbulentie of van koel gas binnen de halo. ‘Koel’ is hier een relatief begrip: het gaat om temperaturen van circa 10.000 °C, wat aanzienlijk minder is dan de 1 miljoen graden van het hete halogas.
