Govert Schilling 26 juni 2004 Volkskrant

Het heelal moet groter zijn SAMENVATTING
 

De 'diepste' foto's van het heelal geven de grens aan van het universum en zeggen iets over het ontstaan ervan. Mis, zeggen critici, er moeten verderop ook sterren zijn.
 

Steven Beckwith is tevreden. De directeur van het Space Telescope Science Institute is tevens de wetenschappelijk projectleider van het Hubble Ultra Deep Field – de ‘diepste’ foto van het heelal die ooit is gemaakt. ‘Sinds de uitvinding van de telescoop, vierhonderd jaar geleden, zijn astronomen steeds verder en verder in het heelal doorgedrongen,’ zei hij eerder deze maand op een persconferentie in Denver. ‘Het ziet er naar uit dat we de uiterste grens nu bereikt hebben.’



Met de nieuwe, gevoelige Advanced Camera for Surveys maakte de Hubble-telescoop afgelopen najaar een foto van een piepklein stukje sterrenhemel in het zuidelijke sterrenbeeld Fornax. Honderd maal zo klein als het schijnbare oppervlak van de volle maan, en zo op het eerste gezicht volstrekt leeg en oninteressant. Maar de foto werd alles bij elkaar niet minder dan 11,3 dagen belicht, en het resultaat mag er zijn. Op het Hubble Ultra Deep Field zijn een slordige tienduizend ver verwijderde en extreem zwakke sterrenstelseltjes te zien.

Ultra Deep Field-opname van de Hubble-telescoop.

In 1995 en 1998 zijn ook al zulke Deep Fields vastgelegd, maar dat gebeurde met een oudere en minder gevoelige camera van de Hubble, die tevens een wat kleiner beeldveld had. Het belang van zulke foto’s is dat ze objecten op miljarden lichtjaren afstand in beeld brengen. Omdat hun licht er miljarden jaren over heeft gedaan om de aarde te bereiken, bieden die verre sterrenstelsels een kijkje in de prille jeugd van het heelal.

Op 9 maart zijn de Ultra Deep Field-gegevens openbaar gemaakt, en binnen een paar dagen verschenen de eerste analyses van de foto al op internet. Tijdens de 204e bijeenkomst van de American Astronomical Society (AAS), enkele weken geleden in Denver, presenteerden verschillende teams van astronomen hun onderzoeksresultaten. Resultaten die allemaal te maken hebben met de simpele maar onbeantwoorde vraag: ‘Wanneer ging in het heelal het licht aan?’

Kort na de oerknal was het aardedonker in de kosmos, en was het heelal gevuld met koel, neutraal waterstofgas. Ooit moeten de eerste sterrenstelsels zijn gevormd; ooit is de eerste ster gaan stralen, en kwam er een einde aan de kosmische ‘Dark Ages’. Over die deemstertijd van het universum, waarin donkere materie samenklonterde en het raamwerk van de huidige verdeling van clusters en sterrenstelsels werd gevormd, is nauwelijks iets bekend.

De energierijke ultraviolette straling van de eerste generatie sterren en sterrenstelsels heeft het heelal ook opnieuw geïoniseerd, legt James Rhoads van het Space Telescope Science Institute uit. Neutrale waterstofatomen werden uiteengerukt in afzonderlijke protonen en elektronen, vermoedelijk een paar honderd miljoen jaar na de oerknal. Maar wanneer die ionisatie exact plaatsvond, en hoe snel het proces zich voltrok, is niet bekend.

Het Hubble Ultra Deep Field bevat de sleutel tot het antwoord, aldus Richard Ellis van het California Institute of Technology. Op de foto kijk je terug tot een periode waarin het heelal minder dan één miljard jaar oud was. Door het aantal sterrenstelsels te tellen, krijg je een idee van de hoeveelheid sterlicht die toen is geproduceerd. Dat blijkt volgens Ellis veel minder te zijn dan tot nu toe werd aangenomen. ‘Het aantal sterrenstelsels dat wij zien, is niet genoeg om het heelal te ioniseren,’ zegt hij. Met andere woorden: er moeten méér objecten zijn, op nóg grotere afstanden.

In de wandelgangen van het AAS-congres bestrijdt Ellis dan ook de opmerking van projectleider Beckwith dat sterrenkundigen met het Ultra Deep Field de uiterste grens van het heelal hebben bereikt. ‘Ik denk dat met de opvolger van de Hubble-telescoop een eerdere generatie sterrenstelsels zal worden ontdekt,’ zegt hij. ‘Anders is gewoon niet te verklaren hoe het heelal geïoniseerd werd.’


Uit recente metingen van de Spitzer Space Telescope, een soort Hubble voor infraroodstraling, leidt Ellis het bestaan af van sterrenstelsels die ca. 750 miljoen jaar na de oerknal al een vrij oude populatie aan sterren bevatten. Die stelsels moeten hooguit 600 miljoen jaar na de oerknal al zijn ontstaan. Misschien zijn dat de ware vertegenwoordigers van de allereerste generatie.

Sangeeta Malhotra, een collega van James Rhoads op het Space Telescope Science Institute, komt tot soortgelijke conclusies. Ze analyseerde het licht van de verste sterrenstelsels in het Hubble Ultra Deep Field, en komt tot de conclusie dat die kleine stelsels geen opvallend heldere, blauwe sterren bevatten, maar qua samenstelling eigenlijk heel veel op ons eigen Melkwegstelsel lijken. Niet energierijk genoeg dus om al het neutrale waterstofgas in het heelal te ioniseren.

Overigens vond die ionisatie hoogstwaarschijnlijk niet in heel korte tijd plaats, aldus Rhoads, en ook niet zo vroeg als lange tijd is aangenomen. Uit zijn onderzoek aan een ver sterrenstelsel met de prozaïsche naam LALA-J142442.24+353400.2 blijkt dat 850 miljoen jaar na de oerknal misschien pas 90 procent van al het waterstofgas in de ruimte tussen de sterrenstelsels geïoniseerd was.

Raadsels genoeg dus als het gaat om de deemstertijd tussen de energierijke oerknal en de periode waarin de eerste volwassen sterrenstelsels het beeld bepaalden. En dan hebben we het nog niet eens over de vraag hoe er zo snel na de oerknal al sterrenstelsels konden ontstaan, in veel gevallen met zware zwarte gaten in hun kern. Ellis raakt er echter niet door van de wijs. ‘Het Hubble Ultra Deep Field betekent een enorme stap voorwaarts,’ zegt hij, ‘maar we zijn er nog niet. Er valt nog meer dan genoeg opwindends te ontdekken