LOFAR ziet schokkende frontale botsing

Gepubliceerd op 27-09-2010

Voor het eerst is de schokgolf van twee botsende clusters van sterrenstelsels gezien. De nieuwe Lofar radiotelescoop in Drente gaat er nog veel meer vinden, denken Leidse astronomen.

Wat gebeurt er, als twee van de grootste objecten in het heelal met een snelheid van 1000 kilometer per seconde frontaal op elkaar klappen? Dat vroegen astronomen zich al dertig jaar af, maar zo'n gebeurtenis is nu voor het eerst duidelijk in beeld gebracht door de Westerbork radiotelescoop en andere radiotelescopen. De spectaculaire plaatjes van cluster CIZAJ2242.8+5301, gemaakt door een team onder leiding van de Leidse astronoom Huub Röttgering, staan deze week in Science Express.

Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste objecten die nog door hun eigen zwaartekracht bij elkaar gehouden worden. Ons Melkwegstelsel vormt bijvoorbeeld met het Andromeda-stelsel en nog een handjevol kleinere sterrenstelsels de Lokale Groep, maar er zijn ook clusters die uit honderden grote sterrenstelsels bestaan. Individuele sterrenstelsels hebben een diameter van zo'n 100.000 lichtjaar, clusters hebben een diameter van enige miljoenen lichtjaren.

Clusters bewegen min of meer chaotisch door het heelal, als botsautootjes op de kermis, met onderlinge snelheden in de orde van 1000 kilometer per seconde. Het toeval zorgt ervoor dat schampende botsingen vaker voorkomen dan frontale. Röttgering:' Er zijn met radiotelescopen wel eerder structuren gezien die mogelijk afkomstig zijn van botsende clusters, maar het is voor het eerst dat we een duidelijke, boogvormige schokgolf zien. Waarschijnlijk ontstaat die alleen maar bij een frontale botsing.'

Wat in feite botst, zijn de ijle gaswolken die elke cluster omhullen, niet individuele sterrenstelsels of sterren. Hoe ijl die gaswolken ook zijn, als ze met een snelheid van 1000 kilometer per seconde op elkaar botsen, onstaat een schokgolf die vergelijkbaar is met de boeggolf van een snel varend schip. Omdat het gas sterk geïoniseerd is - de atomen zijn merendeels gesplitst in elektronen en postief geladen ionen - ontstaan ook magnetische velden die zich over de hele cluster uitstrekken. In de schokgolf wordt niet alleen het gas, maar ook het bijbehorende magnetische veld samengedrukt, waardoor de veldsterkte er veel hoger wordt.

Geladen deeltjes die door een turbulent magnetisch veld bewegen, zenden radiostraling uit waardoor ze energie verliezen, maar ze kunnen ook door een snel veranderend magnetisch veld opgezwiept worden. Zulke deeltjes winnen juist energie, bereiken bijna de lichtsnelheid en ontsnappen aan de zwaartekracht van de cluster.

Al dertig jaar is dit een gangbare theorie over de oorsprong van de extreem energetische kosmische straling die we op aarde waarnemen. Twee Duitse astronomen hebben het hele proces op basis van de theorie doorgerekend op een supercomputer, en de overeenstemming met de waarnemingen is uitstekend. Aan de voorkant - de bolle kant - 'krijgen de deeltjes een opdonder', aldus Röttgering. Aan de achterkant verliezen ze juist energie door het uitzenden van radiostraling. 'We schatten dat ongeveer 0,1 % van de energie in de schokgolf wordt omgezet in kosmische straling.' Sommige deeltjes worden daarbij versneld tot een energie die een miljoen keer hoger is dan in de LHC in Genève bereikbaar is.

De extreme kosmische straling is niet rechtstreeks herleidbaar tot een bron in het heelal, omdat ze op weg naar de aarde door allerlei magnetisch velden worden afgebogen en uit alle richtingen de aarde treffen. Wel zou de nu ontdekte schokgolf ook röntgenstraling uit moeten zenden. Waarnemingen met de Europese röntgen-ruimtetelescoop XMM Newton staan gepland voor december.

De deze zomer in gebruik genomen radiotelescoop Lofar, op dit moment de grootste en gevoeligste ter wereld bij lage frequenties, moet in staat zijn om nog veel meer van deze kosmische boeggolven op te sporen.

Arnout Jaspers (bron: http://noorderlicht.vpro.nl/ )

 

Terug naar het nieuwsoverzicht