Rychard Bouwens krijgt groot onderzoeksprogramma op ALMA-telescoop
Rychard Bouwens van de Leidse Sterrewacht is de eerste wetenschapper in Nederland die een ‘Large Program’ mag uitvoeren met de geavanceerde ALMA-telescoop in Chili. Samen met zijn team wil hij de unieke capaciteiten van dit observatorium gebruiken om de ontwikkeling van zware sterrenstelsels in het vroege heelal te onderzoeken. Waarneemtijd op ALMA is kostbaar; jaarlijks krijgen wereldwijd maar twee tot vier grote programma’s goedkeuring.
Een belangrijke vraag in de sterrenkunde is hoe snel sterrenstelsels zijn uitgegroeid van bijna niets in het zeer jonge heelal, tot stelsels met massa’s van tien miljard keer die van de zon nagenoeg 800 miljoen jaar later. 'Met ons onderzoeksprogramma willen we de zwaarste sterrenstelsels uit de eerste 800 miljoen jaar van het heelal opsporen,' zegt Bouwens. 'Met behulp van ALMA gaan we bepalen hoe snel ruimtestof opbouwt tot complete sterrenstelsels.' Met de nieuwe data hoopt Bouwens een einde te maken aan de vele lopende discussies in het onderzoek naar de vorming van sterrenstelsels.
Geavanceerd observatorium
Het tweejarige wetenschappelijke project valt in de zeer competitieve ‘Large Program’-categorie. ALMA is een geavanceerd observatorium waarmee al vele ontdekkingen zijn gedaan. Slechts twee tot vier wetenschappers per jaar mogen een Large Program uitvoeren. Dit zijn wetenschappers van over de hele wereld, uit alle deelgebieden van de astronomie. In de hele geschiedenis van ALMA zijn tot nu toe slechts 13 van deze ambitieuze programma’s goedgekeurd.
ALMA
Hoog op de Chajnantor-hoogvlakte in de Chileense Andes beheert ESO, samen met haar internationale partners, de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een geavanceerde telescoop waarmee de straling van enkele van de koudste objecten in het heelal kan worden waargenomen. Die straling, die het midden houdt tussen infrarood- en radiostraling, heeft golflengten van ongeveer een millimeter, en wordt daarom millimeter- en submillimeterstraling genoemd. ALMA bestaat uit 66 schotelantennes die verspreid staan over afstanden tot 16 kilometer. Dit wereldwijde samenwerkingsverband is het grootste sterrenkundige project op aarde van dit moment.
Bouwens: 'ALMA is de enige bestaande waarneemfaciliteit waarmee we de eigenschappen van grote sterrenstelsels uit de eerste miljard jaar van het heelal kunnen achterhalen. We krijgen hierdoor essentiële inzichten in het stofgehalte en de dynamische eigenschappen van deze stelsels. Andere telescopen zijn niet gevoelig genoeg, of kunnen niet op de juiste golflengten meten.' Door de toekenning van een aanzienlijke hoeveelheid telescooptijd kan het team van Bouwens zes keer zo veel sterrenstelsels bestuderen dan voorheen en de studie bovendien systematisch uitvoeren.
Drie vragen over groeiende sterrenstelsels
Omdat veel aspecten van groeiende sterrenstelsels nog onbegrepen zijn, zal Bouwens zich op meerdere vragen richten. De eerste is de totale massa van de stelsels. 'Omdat we met andere telescopen vooral het ultraviolette licht van deze sterrenstelsels waarnemen, is het lastig om hun massa te bepalen. Deze willen we weten om onze waarnemingen te kunnen vergelijken met de theoretische modellen.' Een ander mysterie dat Bouwens wil ontrafelen is de vraag hoe het materiaal in de zware sterrenstelsels beweegt. Draait het rustig rond, zoals de materie in spiraalstelsels als onze Melkweg? Of zijn de bewegingen veel minder samenhangend? 'Veel later in de kosmische tijd zijn er zowel stelsels met vloeiende, als stelsels met meer willekeurige bewegingen,' legt Bouwens uit. 'Theoretische modellen suggereren willekeurige bewegingen, maar veel van onze waarnemingen laten tot nu toe verrassend genoeg juist vloeiende bewegingen zien.'
De laatste grote vraag is hoe snel ruimtestof samenkomt om snelgroeiende, zware sterrenstelsels te vormen. De stofkorrels ontstaan uit zware elementen die door hete sterren worden geproduceerd. 'Er zijn veel vragen over hoe lang het duurt voordat stofkorrels zich ophopen tot grotere eenheden. Ons programma kan deze gaten in onze kennis hopelijk opvullen.'
'Een prominente rol voor Nederland'
Wetenschappelijk directeur van de Leidse Sterrewacht Huub Röttgering is enthousiast over het nieuws: 'Prachtig om te zien dat ALMA nu eindelijk op een systematische manier de rol van stof en koud gas tijdens de vorming van de allereerste sterrenstelsels gaat onderzoeken. Geweldig dat Nederland onder leiding van Rychard Bouwens zo’n prominente rol speelt in dit competitieve onderzoeksveld.'
AMA's Large Programs
De ‘Large Programs’ zijn bedoeld om strategische wetenschappelijke kwesties aan te pakken die tot belangrijke vooruitgang of doorbraak zullen leiden. De teams die voorstellen voor Large Programs indienen, produceren data en informatie van hoge kwaliteit die binnen een jaar na oplevering beschikbaar zijn voor de wetenschappelijke gemeenschap.
Samenwerking
Voor het programma werkt Bouwens samen met drie andere hoofdonderzoekers. Dit zijn Hanae Inami (Hiroshima, Japan), Dan Stark (U Arizona, VS), en Valentino Gonzalez (U Chile, Chili). Het werk van deze groep bouwt voort op onderzoek van de Leidse promovenda Renske Smit, die na haar promotie met haar onderzoek met ALMA de basis legde voor het programma van Bouwens et al. Vorig jaar publiceerde Smit een paper over roterende sterrenstelsels in Nature: Rotation in [C II]-emitting gas in two galaxies at a redshift of 6.8.