Reusachtige ruimtebotsingen en extreme energieën
Een sterrenstelsel is al onvoorstelbaar groot, maar het kan nóg groter. Astronoom Reinout van Weeren onderzoekt clusters van sterrenstelsels, die behoren tot één van de grootste structuren in het heelal. Voor zijn onderzoek naar het ontstaan en de evolutie van deze clusters haalde hij een ERC Starting Grant van 1,5 miljoen euro binnen. ‘Ons archief is meer dan 30 Petabyte groot!’
Clusters van sterrenstelsels
Clusters zijn groepen van duizenden sterrenstelsels en nemen dus aardig wat ruimte in beslag. ‘Het zijn de grootste structuren in het heelal die nog gebonden worden door de zwaartekracht’, legt Van Weeren uit. Hij probeert te begrijpen hoe deze structuren ontstaan en evolueren. Al zijn ze enorm, clusters bewegen door het heelal en kunnen dus ook met elkaar botsen. Door het botsen slokken groepen sterrenstelsels elkaar op, en ontstaan steeds grotere clusters. Vooral hierin is van Weeren geïnteresseerd. ‘Er zijn pas enkele tientallen botsingen bekend. Met de radiotelescoop hopen we nu min of meer alle botsende clusters in het heelal in kaart te brengen. We hopen er enkele honderden te ontdekken.’
Extreme energieën
Tijdens botsingen worden de aanwezige elektronen zo erg versneld, dat ze heel veel energie meekrijgen. ‘Je kunt het vergelijken met de deeltjesversnellers hier op aarde’, vertelt Van Weeren. ‘Die extreem energetische deeltjes bewegen na versnelling bijna met lichtsnelheid. Hoe hoger de snelheid, hoe hoger de energie.’ De energetische deeltjes stralen een specifieke radiostraling uit. ‘Met de radiotelescoop kunnen we dus deeltjes opsporen die ooit versneld zijn. Bijvoorbeeld door botsende clusters, maar ook door zwarte gaten’.
Radiojets
Van Weeren vermoedt dat zwarte gaten de evolutie van sterrenstelselclusters beïnvloeden. Dat heeft alles te maken met de extreem energetische deeltjes. ‘Een actief zwart gat kan een radio jet creëren, die als een soort straalstroom energetische deeltjes het sterrenstelsel uit spuit. Hierdoor zijn de radiojets dus ook goed zichtbaar met de radiotelescoop.’ Uit eerder onderzoek bleek dat deze jets interactie hebben met het ijle gas van de clusters en zo hun structuur beïnvloeden. ‘Wat we echter nog niet begrijpen, is hoe de jets hun energie overdragen naar dit ijle gas.’
Lage frequentie
Reinout en zijn collega's maken zeer gedetailleerde radioplaatjes met de LOFAR-telescoop in Drenthe, die waarneemt op zeer lage frequentie. Dat is voor clusters nog niet eerder op deze schaal gedaan. Van Weeren: ‘Hiervoor werkten astronomen op veel hogere frequenties. Maar op lagere frequentie zijn de clusters erg helder en kun je de energetische deeltjes veel beter zien.’ Er is echter één groot nadeel: ‘Op een hoogte van een paar honderd kilometer rondom de aarde, zit een laag geïoniseerd gas: de ionosfeer. Deze laag verstoort radiostraling met lage frequenties die uit de ruimte komt. Het is een soort ruis die onze beelden onscherp maakt. Alsof je vanaf de bodem van het zwembad naar de wereld boven water probeert te kijken.’ Het is erg ingewikkeld deze ruis te corrigeren en de beelden weer scherp te maken. Pas sinds een paar jaar zijn de computers krachtig genoeg en zijn de juiste technieken beschikbaar.
Big data
Onderzoek naar grote structuren resulteert in net zo grote datasets. ‘Ons archief in meer dan 30 Petabyte groot!’ vertelt van Weeren. Ter vergelijking: als je 1 Petabyte aan muziek in mp3 hebt, kun je 2000 jaar luisteren. Zulke grote datasets brengen de nodige uitdagingen met zich mee. Hoe download je bijvoorbeeld al die data van de supercomputer in Amsterdam? ‘Aan data alleen heb je namelijk niets, we moeten deze met de computer verwerken om er uiteindelijk een plaatje van te maken.’ Het downloaden van één observatie duurt zo lang, dat er meer nieuwe observaties binnen komen dan onderzoekers kunnen downloaden. Daarom besloten zij de processen bij het supercomputercentrum zelf uit te voeren. Hiervoor zetten de onderzoekers nieuwe software en systemen op. ‘We werken nu in een soort cloud-omgeving. Door niet meer alles te downloaden, werken we efficiënter. Dit soort kennis is ook zeer bruikbaar voor andere vakgebieden die met big data werken.’
Tekst: Hilde Pracht
Hoe groot!?
1 Petabyte = 1000 Terabytes = 1.000.000.000 Megabytes
Clusters kunnen wel 3 miljoen lichtjaar groot worden. 1 lichtjaar is 9.460.000.000.000 km, dat is gelijk aan 236 miljoen rondjes om de aarde.
