Afbeelding tegoed: ESO
Hoewel het heelal momenteel over het algemeen een beige kleur heeft, was het volgens de astronomen van het European Southern Observatory vroeger blauwer. De astronomen berekenden de afstand en kleur tot 300 sterrenstelsels die deel uitmaakten van het Hubble Deep Sky-onderzoek, dat een diepgaande blik wierp op een hemelgebied in het zuidelijke sterrenbeeld Tuscanae.
Een internationaal team van astronomen [1] heeft de kleur van het heelal bepaald toen het nog heel jong was. Hoewel het universum nu een beetje beige is, was het in het verre verleden veel blauwer, in een tijd dat het nog maar 2500 miljoen jaar oud was.
Dit is het resultaat van een uitgebreide en grondige analyse van meer dan 300 sterrenstelsels in een klein zuidelijk hemelgebied, het zogenaamde Hubble Deep Field South. Het belangrijkste doel van deze geavanceerde studie was om te begrijpen hoe de stellaire inhoud van het heelal is samengesteld en in de loop van de tijd is veranderd.
De Nederlandse astronoom Marijn Franx, een teamlid van de Leidse Sterrewacht (Nederland), legt uit: “De blauwe kleur van het vroege heelal wordt veroorzaakt door het overwegend blauwe licht van jonge sterren in de sterrenstelsels. De rodere kleur van het Space Magazine wordt veroorzaakt door het relatief grotere aantal oudere, rodere sterren. ”
De teamleider, Gregory Rudnick van het Max-Planck Institut f? R Astrophysics (Garching, Duitsland), voegt hieraan toe: “Aangezien de totale hoeveelheid licht in het heelal in het verleden ongeveer hetzelfde was als nu en een jonge blauwe ster veel meer uitstraalt licht dan een oude rode ster, er moeten aanzienlijk minder sterren zijn geweest in het jonge heelal dan nu. Onze nieuwe bevindingen impliceren dat de meeste sterren in het heelal relatief laat zijn gevormd, niet zo lang voordat onze zon werd geboren, op een moment dat het heelal ongeveer 7.000 miljoen jaar oud was. '
Deze nieuwe resultaten zijn gebaseerd op unieke gegevens die zijn verzameld tijdens meer dan 100 uur observaties met het ISAAC multi-mode instrument bij ESO's Very Large Telescope (VLT), als onderdeel van een groot onderzoeksproject, de Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). De afstanden tot de sterrenstelsels werden geschat op basis van hun helderheid in verschillende optische nabij-infrarode golflengtebanden.
Het vroege heelal observeren
Het is nu bekend dat de zon zo'n 4,5 miljard jaar geleden werd gevormd. Maar wanneer vormden de meeste andere sterren in onze eigen Galaxy? En hoe zit het met sterren in andere sterrenstelsels? Dit zijn enkele van de belangrijkste vragen in de hedendaagse astronomie, maar ze kunnen alleen worden beantwoord door middel van waarnemingen met 's werelds grootste telescopen.
Een manier om deze problemen aan te pakken, is door het zeer jonge universum rechtstreeks te observeren - door terug te kijken in de tijd. Hiervoor profiteren astronomen van het feit dat licht dat wordt uitgezonden door zeer verre sterrenstelsels lang reist voordat het ons bereikt. Dus als astronomen naar zulke afgelegen objecten kijken, zien ze ze zoals ze lang geleden verschenen.
Die afgelegen melkwegstelsels zijn echter uiterst zwak en deze waarnemingen zijn daarom technisch moeilijk. Een andere complicatie is dat door de uitdijing van het heelal het licht van die sterrenstelsels naar langere golflengten [2] wordt verschoven, buiten het optische golflengtebereik en in het infraroodgebied.
Om die vroege sterrenstelsels in detail te kunnen bestuderen, moeten astronomen daarom de grootste telescopen op de grond gebruiken, die hun zwakke licht opvangen tijdens zeer lange belichtingen. Bovendien moeten ze infraroodgevoelige detectoren gebruiken.
Telescopen als gigantische ogen
Het "Hubble Deep Field South (HDF-S)" is een heel klein deel van de hemel in het zuidelijke sterrenbeeld Tucanae ("de toekan"). Het werd geselecteerd voor zeer gedetailleerde studies met de Hubble Space Telescope (HST) en andere krachtige telescopen. Optische beelden van dit veld verkregen door de HST vertegenwoordigen een totale belichtingstijd van 140 uur. Veel telescopen op de grond hebben ook beelden en spectra van objecten in dit hemelgebied verkregen, met name de ESO-telescopen in Chili.
In het kader van een grondige studie werd een hemelgebied van 2,5 x 2,5 arcmin2 in de richting van HDF-S waargenomen (de Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, zie ESO PR 23/02). Het is iets groter dan het veld dat wordt bestreken door de WFPC2-camera op de HST, maar nog steeds 100 keer kleiner dan het gebied dat wordt opgevangen door de volle maan.
Telkens wanneer dit veld zichtbaar was vanaf de ESO Paranal Observatory en de atmosferische omstandigheden optimaal waren, richtten ESO-astronomen de 8,2 m VLT ANTU-telescoop in deze richting, waarbij ze bijna-infraroodbeelden maakten met het ISAAC-multi-mode-instrument. Alles bij elkaar werd het veld meer dan 100 uur geobserveerd en de resulterende beelden (zie ESO PR 23/02) zijn de diepste op de grond gebaseerde beelden in de nabij-infrarood Js- en H-banden. Het Ks-band-beeld is het diepste dat ooit is verkregen van elk hemelveld in deze spectrale band, zowel vanaf de grond als vanuit de ruimte.
Deze unieke gegevens bieden een uitzonderlijk beeld en hebben nu ongekende studies van de melkwegpopulatie in het jonge heelal mogelijk gemaakt. Vanwege de uitzonderlijke zichtomstandigheden bij Paranal hebben de gegevens die met de VLT zijn verkregen een uitstekende beeldscherpte (een "zien" van 0,48 boogsec) en kunnen ze worden gecombineerd met de HST optische gegevens met vrijwel geen kwaliteitsverlies.
Een blauwere kleur
De astronomen konden op deze beelden ondubbelzinnig ongeveer 300 sterrenstelsels detecteren. Voor elk van hen hebben ze de afstand gemeten door de roodverschuiving te bepalen [2]. Dit is gedaan door middel van een nieuw verbeterde methode die is gebaseerd op de vergelijking van de helderheid van elk object in alle individuele spectrale banden met die van een reeks nabijgelegen sterrenstelsels.
Op deze manier werden sterrenstelsels in het veld gevonden met roodverschuivingen zo hoog als z = 3,2, wat overeenkomt met afstanden van ongeveer 11.500 miljoen lichtjaar. Met andere woorden, de astronomen zagen het licht van deze zeer afgelegen sterrenstelsels zoals ze waren toen het heelal nog maar ongeveer 2,2 miljard jaar oud was.
De astronomen bepaalden vervolgens de hoeveelheid licht die door elk sterrenstelsel werd uitgestraald, zodanig dat de effecten van de roodverschuiving werden "verwijderd". Dat wil zeggen, ze maten de hoeveelheid licht bij verschillende golflengten (kleuren) zoals die zou zijn geregistreerd door een waarnemer in de buurt van dat sterrenstelsel. Dit verwijst natuurlijk alleen naar het licht van sterren die niet zwaar worden verduisterd door stof.
Samenvattend het licht dat door alle sterrenstelsels in een bepaald kosmisch tijdperk op verschillende golflengten wordt uitgezonden, zouden de astronomen dan ook de gemiddelde kleur van het heelal (de 'kosmische kleur') in dat tijdperk kunnen bepalen. Bovendien konden ze meten hoe die kleur is veranderd naarmate het heelal ouder werd.
Ze concluderen dat de kosmische kleur met de tijd roder wordt. Vooral was het in het verleden veel blauwer; nu, bijna 14.000 miljoen jaar oud, heeft het heelal een soort beige kleur.
Wanneer zijn sterren gevormd?
De verandering van de kosmische kleur met de tijd kan op zich interessant zijn, maar het is ook een essentieel hulpmiddel om te bepalen hoe snel sterren in het heelal werden verzameld.
Hoewel de stervorming in individuele sterrenstelsels een ingewikkelde geschiedenis kan hebben en soms versnelt tot echte "steruitbarstingen", tonen de nieuwe waarnemingen - nu gebaseerd op veel sterrenstelsels - aan dat de "gemiddelde geschiedenis" van stervorming in het heelal is veel eenvoudiger. Dit blijkt uit de waargenomen, vloeiende verandering van de kosmische kleur naarmate het heelal ouder werd.
Met behulp van de kosmische kleur konden de astronomen ook bepalen hoe de gemiddelde leeftijd van relatief niet-verduisterde sterren in het heelal met de tijd veranderde. Omdat het heelal in het verleden veel blauwer was dan nu, concludeerden ze dat het heelal nu niet zoveel blauwe (hoge massa, kortlevende) sterren produceert als vroeger, terwijl tegelijkertijd de rode (lage massa , langlevende) sterren van eerdere generaties van stervorming zijn nog steeds aanwezig. Blauwe, zware sterren gaan sneller dood dan rode, lichte sterren, en naarmate de leeftijd van een groep sterren toeneemt, gaan de blauwe kortlevende sterren dood en wordt de gemiddelde kleur van de groep roder. Zo ook het heelal als geheel.
Dit gedrag vertoont enige gelijkenis met de vergrijzingstrend in moderne westerse landen waar minder baby's worden geboren dan in het verleden en mensen langer leven dan in het verleden, met als totaal effect dat de gemiddelde leeftijd van de bevolking stijgt.
De astronomen bepaalden hoeveel sterren er al waren gevormd toen het heelal nog maar ongeveer 3.000 miljoen jaar oud was. Jonge sterren (van blauwe kleur) zenden meer licht uit dan oudere (rodere) sterren. Maar aangezien er in het jonge heelal net zoveel licht was als nu - hoewel de sterrenstelsels nu veel roder zijn - betekent dit dat er in het vroege heelal minder sterren waren dan nu. De huidige studie wijst uit dat er in die vroege tijd tien keer minder sterren waren dan nu.
Ten slotte ontdekten de astronomen dat ongeveer de helft van de sterren in de waargenomen sterrenstelsels is gevormd na de tijd dat het heelal ongeveer half zo oud was (7.000 miljoen jaar na de oerknal) als nu (14.000 miljoen jaar).
Hoewel dit resultaat is afgeleid van een studie van een zeer klein hemelveld en daarom mogelijk niet volledig representatief is voor het heelal als geheel, is het huidige resultaat aangetoond in andere hemelvelden.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
