De samensmelting van vier clusters van sterrenstelsels.
FOTO: NASA
Het verhitte heelal Botsende sterrenclusters laten temperatuur miljoenen graden stijgen
Een team van voornamelijk Leidse astronomen heeft een enorme deeltjesversneller ontdekt in het heelal. De ontdekking is van groot belang om het vormingsproces van clusters van sterrenstelsels te begrijpen.
DOOR EILEEN BOSMAN De MACS0717, heet hij,een enorme samensmelting van vier clusters van sterrenstelsels die met hoge snelheid op elkaar botsen. De energie die hierbij vrijkomt is een miljoen maal hoger dan wat aardse deeltjesversnellers kunnen bereiken. Bij de botsing komt radiostraling vrij. Het is deze straling die de telescoop waarmee gezocht wordt naar dit soort clusters, de Very Large Array en de Giant Metrewave Radio Telescope, oppikt.
‘Zodra er radiostraling vrijkomt, weet je dat er iets aan de hand is’, zegt Reinout van Weeren van de Leidse Sterrewacht. Het is een uitzonderlijke vondst omdat het om vier clusters van sterrenstelsels gaat, terwijl botsingen tussen twee clusters vaker voorkomen. ‘Ze bewegen zich met snelheden van ongeveer duizend tot tweeduizend kilometer per seconde’, zegt Van Weeren. ‘Ik noem dit één cluster, van vier delen die aan het samensmelten zijn. Er zitten ruim duizend sterrenstelsels in totaal in.’
De clusters botsen niet letterlijk op elkaar. Ze gaan niet kapot, maar smelten samen tot een groter geheel. ‘Het kan voorkomen dat twee sterrenstelsels wel op elkaar botsen, maar omdat clusters grotendeels uit lege ruimte bestaan is dit vrij zeldzaam.’
De radiostraling die te zien is met de telescopen komt ook niet vrij bij een letterlijke botsing van sterrenstelsels. ‘In alle clusters bevindt zich ijl gas. De botsing van dit gas is wat we zien. Hierdoor stijgen de temperaturen tot miljoenen graden en worden er deeltjes versneld die radiostraling gaan uitzenden.’
De oorsprong van de clusters is onduidelijk: er zijn namelijk twee manieren hoe een cluster zich kan vormen. In het eerste geval botsen kleinere clusters op elkaar en vormen samen een grotere. Bij de tweede manier vangt een cluster alleen gas en individuele sterrenstelsels uit zijn omgeving op, waardoor het cluster groeit. ‘Die manier is lastig te bestuderen’, zegt Van Weeren. Er komt immers geen radiostraling vrij, die door de telescoop is te zien.
Het proces van de MACS0717 is te vergelijken met wat onderzoekers na proberen te bootsen met deeltjesversnellers bij de European Organization for Nuclear Research (CERN) in Zwitserland. In een tunnel onder de grond worden deeltjes met magneten rondgecirkeld. Elke keer als ze rond gaan krijgen de deeltjes meer energie en worden ze dus versneld. ‘Zodra ze op elkaar botsen, spatten ze uiteen tot kleinere deeltjes’, aldus van Weeren.
Voordat dit proces in werking gezet kan worden, is er een zo hoog mogelijke energie nodig. ‘Dit is te bereiken door de magneten heel sterk te maken, zoals CERN in de deeltjesversnellers op aarde doet’, zegt van Weeren. ‘Daarnaast is er de mogelijkheid om de versneller groter te maken, maar dat is op de aarde geen optie. Een tunnel van duizend kilometer is niet te bouwen.’
Magneetvelden vormen een essentieel aspect om beweging te creëren. Deze kunnen, zoals bij CERN, heel sterk gemaakt worden. In clusters zijn deze velden echter zwak. Ze horen ze niet bij een bepaald object, maar bevinden zich overal in het ijle gas. Zo ook bij de MACS0717. De uitgestrektheid van het magneetveld zorgt er echter voor dat de deeltjes tot hoge energieën kunnen worden versneld. Van Weeren: ‘In het heelal is het een chaotisch proces, daar kun je het niet coördineren, zoals in de deeltjesversneller.’
Bij CERN draait het vooral om het bestuderen van deeltjes die op elkaar botsen en niet zozeer om de radiostraling. ‘In de MACS0717 worden ook deeltjes versneld, zij zenden een radiostraling uit en die nemen wij waar op aarde’, zegt van Weeren. ‘Sommige van deze deeltjes zullen botsen, maar dat kunnen wij niet bestuderen. We hebben tenslotte geen deeltjesdetector in het MACS-cluster staan.’
De magneetvelden spelen een belangrijke rol bij het vormingsproces van clusters, maar daar zit tevens het probleem. De velden zijn namelijk onzichtbaar. ‘Hoe magneetvelden ontstaan is een grote vraag’, zegt Van Weeren. ‘Door nauwkeurig naar de radiostraling te kijken, kunnen we in ieder geval de richting en sterkte van het magneetveld in een bepaald gebied van het cluster bepalen. Dit is moeilijk, maar kan ons een hint geven over waar het vandaan komt.’
Het botsingproces duurt ongeveer een half tot één miljard jaar. Van Weeren: ‘De afstanden in clusters zijn zo groot, dat zelfs met de snelheid waarin de delen zich bewegen dit langzaam gaat.’ Door het uitdijen van het heelal zal er in de toekomst een einde komen aan het botsen en samensmelten van clusters. De kans dat clusters dicht bij elkaar komen, en botsen, wordt dan steeds kleiner aangezien de afstand tussen hen steeds groter wordt.
