LOFAR ontdekt grootste koolstofatomen buiten onze Melkweg

30 oktober 2014

Een internationaal team van astronomen onder leiding van de Leidse promovenda Leah Morabito heeft met de LOFAR-radiotelescoop de grootste koolstofatomen buiten onze Melkweg ontdekt. Astronomen kunnen nu bepalen hoe koud en compact het gas rond deze atomen is. Dit gas heeft invloed op stervorming en de evolutie van een sterrenstelsel. De resultaten zijn gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters.

*Het starburststelsel M82, de grootte van de koolstofatomen en de waargenomen spectraallijn. Credit: NASA, ESA en The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)*

De vingerafdruk van koolstof

Koolstofatomen zijn ongeveer een half miljoen keer zo klein als de dikte van een mensenhaar, maar in koud, ijl gas kunnen ze wel een miljard keer groter zijn. Het buitenste elektron draait dan op een veel grotere afstand rond de kern van een koolstofatoom”, legt eerste auteur Morabito uit. Dit buitenste elektron kan worden ingevangen door een ander atoom dat een elektron te weinig heeft. In het lichtspectrum is dan een spectraallijn te zien. Spectraallijnen vormen samen de vingerafdruk van een chemisch element zoals koolstof.

Voorspelling na 40 jaar bewezen

In de jaren 70 voorspelden theoretici al dat de koolstoflijn detecteerbaar zou zijn in andere sterrenstelsels. De eerste waarneming is nu, 40 jaar later, gedaan. De koolstoflijn is moeilijk te detecteren omdat hij te lichtzwak is als het gas in de omgeving van de koolstofatomen te warm is of te compact. In starburststelsels - waarin hevige stervorming plaatsvindt - is dit koude, ijle gas wel aanwezig. In dit type sterrenstelsels is de koolstoflijn dus makkelijker waar te nemen.

Een nieuw venster op het heelal

De meeste radiotelescopen nemen waar op frequenties waarop de koolstoflijn niet te zien is. Sommige andere telescopen zijn op lage frequenties niet gevoelig genoeg om de spectraallijnen van de koolstofatomen te detecteren buiten onze Melkweg. De LOFAR-radiotelescoop, die zich vanuit Noordoost-Nederland uitstrekt over Europa, is juist uitermate geschikt voor dit soort waarnemingen vanwege zijn frequentiebereik en gevoeligheid. Coauteur Raymond Oonk (Sterrewacht Leiden/ASTRON): ‘LOFAR is wat dit betreft uniek. We hebben nu een telescoop die een nieuw venster op het heelal opent.’

Waarnemingen vergelijken met voorspellingen

In het hart van het starburststelsel M82, waar de grote koolstofatomen aanwezig zijn, worden tien keer zoveel sterren geboren in eenzelfde periode als in de Melkweg. Het koude en ijle gas in dit gebied heeft invloed op stervorming, en de evolutie van M82. ‘Sinds de gezamenlijke ontdekking van de 21 cm-waterstoflijn door Nederlandse, Amerikaanse en Australische astronomen in 1951 hebben we gezocht naar een nieuwe methode om aanvullende eigenschappen zoals de temperatuur en dichtheid van dit gas te bepalen. Het is fantastisch dat we nu een nieuwe manier hebben dankzij de koolstoflijn. We kunnen nu meer en nauwkeuriger waarnemingen doen, en ze vergelijken met voorspellingen door theoretische modellen’, zegt coauteur Huub Röttgering (Sterrewacht Leiden).

Over LOFAR

LOFAR is ontworpen en gebouwd door ASTRON Netherlands Institute for Radio Astronomy. Deze radiotelescoop is uitzonderlijk goed geschikt voor waarnemingen op de laatste frequenties die vanaf de aarde zijn te ontvangen. LOFAR is een erkende wetenschappelijke en technologische voorloper van de Square Kilometre Array-radiotelescoop (SKA). ASTRON’s missie is om ontdekkingen in de radiosterrenkunde mogelijk te maken door middel van de ontwikkeling van nieuwe, innovatieve technieken, het beheer van radiotelescopen van wereldklasse en het nastreven van fundamenteel sterrenkundig onderzoek.

Dit onderzoek was mogelijk dankzij het NWO Top LOFAR-project en het NWO Top LOFAR-CRRL-project.