Space Research Organization Netherlands (SRON)
20 november 2002
XMM-Newton ontrafelt de gloed van kosmisch schuim
Zoals met veel verschijnselen in de ruimte, zijn er nog altijd veel
een raadsel. Maar sinds kort is één van de raadsels opgelost: Wat de
missende donkere materie in de buitenlagen van clusters van
sterrenstelsels is. Jelle Kaastra van het Nationaal Instituut voor
Ruimteonderzoek SRON en Jukka Nevalainen van het Harvard-Smithsonian
Center for Astrophysics publiceren binnenkort twee artikelen over het
bestaan van 'warm' gas in deze buitenlagen. Beide onderzoekers hebben
gebruik gemaakt van data van de Europese röntgensatelliet XMM-Newton,
waaraan ook SRON een belangrijke bijdrage heeft geleverd.
De grootste en zwaarste objecten in het heelal zijn clusters van
sterrenstelsels. Deze clusters bestaan soms wel uit duizenden
sterrenstelsels, welke weer uit vele miljarden sterren met
bijbehorende planeten bestaan. Toch vormt de massa van al deze sterren
en planeten in een cluster slechts een paar procent van de totale
massa. De ruimte tussen de sterrenstelsels in een cluster is gevuld
met heet gas dat temperaturen van wel tien tot honderd miljoen graden
kan bereiken. Maar ook dit hete gas bevat slechts tien procent van de
totale massa van het cluster. De meeste materie in een cluster is dus
zoek. De aard van deze geheimzinnige donkere materie is tot nu toe nog
steeds onbekend. Het is een van de grootste mysteries van de moderne
sterrenkunde.
Een ander intrigerend probleem is het ontstaan van clusters. Gebieden
in het jonge heelal die een wat hogere dichtheid hebben, trekken door
hun zwaartekracht de overige materie naar zich toe. De gebieden met
een lagere dichtheid worden zo leeggezogen en vormen grote 'gaten'
waar nauwelijks materie te vinden is. Zo groeien er steeds dichtere
'muren' als afscheiding tussen de ijler wordende gaten. De structuur
lijkt wel wat op een vat met schuim. Met name daar waar twee muren
elkaar snijden is er een hoge dichtheid. Op die plaatsen ontstaan
langgerekte structuren, filamenten. Op de knooppunten van zulke
filamenten vindt men de clusters. Door hun grote massa zuigen de
groeiende clusters de filamenten langzaam leeg. Er moet dus een grote
gasvoorraad aanwezig zijn in de filamenten om de groei van clusters
tot de waargenomen proporties te kunnen verklaren. Tot nu toe is een
direct bewijs voor deze gastoevoer nog niet gevonden.
In 1995 hebben Richard Lieu en zijn collega's een zwakke maar zeer
uitgebreide gloed van zachte röntgenstraling waargenomen bij
verschillende clusters. Zij associeerden de straling met de missende
donkere materie in de vorm van een 'warm' gas van een miljoen graden.
"Deze ontdekking was cruciaal, omdat het liet zien dat het beeld dat
we hebben van de vorming van clusters vrij goed is ", zegt Kaastra.
"Maar ten tijde van deze ontdekking was er geen gedetailleerd spectrum
van de straling beschikbaar om de relevantie voor cluster vorming
waterdicht te kunnen bewijzen".
Door de nieuwe ontdekking van het team van Kaastra, die met behulp van
de XMM-Newton satelliet is gedaan, is de situatie grondig veranderd.
Het SRON team vond zuurstof emissie lijnen in het spectrum van de
gloed in de buitengebieden van drie clusters. Dit zuurstof gaf het
onomstotelijke bewijs dat de oorzaak van de gloed inderdaad een grote
hoeveelheid warm gas is. Het type zuurstof dat men vond (zesvoudig
geïoniseerd) is namelijk een gevoelige thermometer van dit gas. Koeler
gas bevat geen zesvoudig geïoniseerd zuurstof en geeft dus geen
emissie lijn. In heter gas (zoals in de kern van clusters) is al het
zuurstof volledig geïoniseerd en is er dus ook geen lijnstraling van
dit type zuurstof. De intensiteit van de straling van dit zuurstof
leert ons bovendien hoeveel warm gas er aanwezig is. De metingen geven
aan dat er inderdaad voldoende, voorheen onzichtbaar, gas is om de
vorming van reusachtige structuren zoals clusters mogelijk te maken.
Het kosmische schuim is dus zichtbaar geworden.
Een XMM-Newton röntgenfoto van het centrum van cluster Sérsic 159-03.
In de buitengebieden van dit cluster is warm gas aangetoond. Hoe roder
de kleur, hoe meer gas er aanwezig is.