Astronomen die willen achterhalen wanneer de reionozatie van het heelal plaatsvond, hebben ongeveer 800 miljoen jaar na de oerknal enkele van de vroegste sterrenstelsels gevonden. De leeftijd van één sterrenstelsel werd bevestigd door een karakteristieke neutrale waterstofsignatuur op 787 miljoen jaar na de oerknal. De bevinding is de eerste leeftijdsbevestiging van een zogenaamd dropout-sterrenstelsel op dat verre tijdstip en geeft aan wanneer het reionisatie-tijdperk waarschijnlijk begon.
De reionisatieperiode is ongeveer de verste tijd terug die astronomen kunnen waarnemen. De Big Bang, 13,7 miljard jaar geleden, creëerde een heet, duister universum. Zo'n 400.000 jaar later koelden de temperaturen af, voegden elektronen en protonen zich samen om neutraal waterstof te vormen en verdween de duisternis. Enige tijd vóór 1 miljard jaar na de oerknal begon neutrale waterstof sterren te vormen in de eerste sterrenstelsels, die energie uitstraalden en de waterstof weer veranderden in geïoniseerd. Hoewel niet de dikke plasmasoep van de eerdere periode net na de oerknal, begon deze stervorming het reionisatie-tijdperk.
Astronomen weten dat dit tijdperk ongeveer 1 miljard jaar na de oerknal eindigde, maar toen het begon, is het hen ontgaan.
We zoeken naar 'uitval'-sterrenstelsels', zegt Masami Ouchi, die een Amerikaans en Japans team van astronomen leidde naar het reionisatie-tijdperk. "We gebruiken steeds roder wordende filters die toenemende golflengten van licht onthullen en kijken welke sterrenstelsels verdwijnen uit of" drop-out "van beelden die met die filters zijn gemaakt. Oudere, verder weg gelegen ‘dropout’ van progressief rodere filters en de specifieke golflengten kunnen ons de afstand en leeftijd van de stelsels vertellen. Wat deze studie anders maakt, is dat we een gebied hebben onderzocht dat meer dan 100 keer groter is dan de vorige en daardoor een grotere steekproef van vroege sterrenstelsels hadden (22) dan eerdere onderzoeken. Bovendien konden we de leeftijd van één melkwegstelsel bevestigen, 'vervolgde hij. "Aangezien alle sterrenstelsels met dezelfde uitvaltechniek zijn gevonden, zijn ze waarschijnlijk even oud."
Het team van Ouchi kon zo'n groot onderzoek uitvoeren omdat ze een op maat gemaakt, superrood filter en andere unieke technologische verbeteringen op het gebied van roodgevoeligheid gebruikten op de groothoekcamera van de 8,3 meter lange Subaru-telescoop. Ze maakten hun waarnemingen van 2006 tot 2009 in het Subaru Deep Field en Great Observatories Origins Deep Survey North-veld. Vervolgens vergeleken ze hun waarnemingen met gegevens die in andere onderzoeken waren verzameld.
Astronomen hebben zich afgevraagd of het heelal in de loop van de tijd onmiddellijk of geleidelijk aan reïonisatie onderging, maar wat nog belangrijker is, ze hebben geprobeerd te isoleren toen het heelal met reïonisatie begon. Galaxy-dichtheid en helderheidsmetingen zijn de sleutel tot het berekenen van stervormingssnelheden, die veel vertellen over wat er wanneer is gebeurd. De astronomen keken naar stervormingssnelheden en de snelheid waarmee waterstof werd geïoniseerd.
Met behulp van gegevens van hun onderzoek en andere, bepaalden ze dat de stervormingspercentages dramatisch lager waren van 800 miljoen jaar tot ongeveer een miljard jaar na de oerknal en daarna. Dienovereenkomstig berekenden ze dat de ionisatiesnelheid in deze vroege tijd erg laag zou zijn vanwege deze lage stervormingssnelheid.
"We waren echt verrast dat de ionisatiesnelheid zo laag lijkt, wat in tegenspraak zou zijn met de claim van NASA's WMAP-satelliet. Het kwam tot de conclusie dat de reionisatie niet later dan 600 miljoen jaar na de oerknal begon ', aldus Ouchi. “We denken dat dit raadsel kan worden verklaard door efficiëntere productie van ioniserende fotonen in vroege sterrenstelsels. De vorming van massieve sterren was mogelijk veel krachtiger dan in de huidige sterrenstelsels. Minder, massieve sterren produceren meer ioniserende fotonen dan veel kleinere sterren, 'legde hij uit.
Het onderzoek wordt gepubliceerd in een decembernummer van het Astrophysical Journal.
Bron: EurekAlert
