Meer zicht op mysterieuze materie

In de bijna lege ruimte tussen de sterren bevindt zich iets dat het sterrenlicht op sommige golflengten tegenhoudt. Hoewel de eerste waarneming hiervan al bijna honderd jaar oud is, hebben sterrenkundigen geen idee wat dat ‘iets’ is. Een team met RUG-hoogleraar sterrenkunde Amina Helmi heeft nu voor het eerst de ruimtelijke verdeling van deze onbekende materie in beeld gebracht. De resultaten verschenen op 14 augustus in het wetenschappelijke tijdschrift Science.

De ruimte tussen sterren is bijna helemaal leeg. Zelfs wanneer er volgens sterrenkundigen ‘dichte wolken’ materie hangen, zijn het amper een paar atomen per kubieke centimeter. Maar omdat het heelal ontzettend groot is, tellen zelfs die paar atomen in de ‘lege’ ruimte op tot een enorme hoeveelheid.

Het is dan ook interessant om te weten wat zich precies tussen de sterren bevindt. Om gas en stof te onderzoeken kijken kijken sterrenkundigen vaak naar ‘absorptielijnen’ in sterlicht. Wanneer zich achter een wolk een ster bevindt, dan absorbeert het materiaal in de wolk een deel van het sterrenlicht. De golflengte waarop dat gebeurt, de absorptielijnen, zijn specifiek voor de aard van het gas. Op aarde kan je uitzoeken op welke golflengten specifieke atomen of moleculen het licht absorberen. Zie je in de ruimte een absorptielijn op die zelfde golflengte, dan weet je welk gas er tussen de aarde en de lichtbron hangt.

Dat is de theorie. De praktijk is soms weerbarstiger. Er bestaan absorptielijnen, de ‘Diffuse Interstellaire Banden’, DIBs, die sterrenkundigen al sinds 1922 jaar waarnemen maar die ze niet kunnen koppelen aan een specifiek atoom of molecuul.

Om meer te weten te komen over de aard van deze DIBs heeft een internationaal team sterrenkundigen nu voor het eerst een driedimensionele kaart gemaakt van de verdeling van één zo’n DIB, die licht op een golflengte van 862 nanometer absorbeert.

Dat is geen sinecure: eerst moet je van een heleboel sterren de afstand tot de aarde weten. Vervolgens kijk je in het licht dat je van deze sterren opvangt of er inderdaad absorptie op 862 nanometer is. Dan weet je dat zich ergens tussen de aarde en die ster de mysterieuze materie bevindt die deze DIB veroorzaakt. Een complicerende factor is dat de DIBs hele zwakke fenomenen zijn. Je kunt ze alleen zien in sterren die zelf heel erg heet en dus heel helder zijn.

Voor dit onderzoek is gebruik gemaakt van een catalogus met een half miljoen sterren waarvan de afstand tot de aarde nauwkeurig is gemeten tijdens de zogeheten RAVE-survey. Daarin speelde Amina Helmi, verbonden aan het Kapteyn Instituut voor sterrenkunde van de RUG, een belangrijke rol.

‘Samen met mijn team heb ik in 2010 de eerste afstanden van de RAVE sterren gepubliceerd’ vertelt Helmi. ‘Het algoritme waarmee de afstanden zijn berekend, hebben we beschikbaar gesteld aan de groep die de 3D DIB kaart heeft gemaakt.’ Een nogal belangrijke eerste stap, aangezien de afstandsbepalingen cruciaal waren voor het Science artikel.

Daarin beschrijven de onderzoekers de verdeling van de bron van de DIB op 862 nanometer over een gebied in de zuidelijke hemisfeer dat gaat tot een afstand van 10.000 lichtjaren. Voor een belangrijk deel valt de DIB verdeling samen met die van bekende interstellaire wolken. ‘Maar de DIB-materie en de wolken vallen niet precies samen’, merkt Helmi op. In de verticale richting (loodrecht op het vlak van de schijf waarin de meeste sterren van de Melkweg zich bevinden) is er een flink verschil. ‘Dit wijst erop dat de DIB’s niet simpelweg worden veroorzaakt door gewone wolken die uit stof bestaan.’

Wat de DIB’s dan wel veroorzaakt blijft voorlopig nog een mysterie. Waarom is het zo interessant om dit op te lossen? Helmi: ‘We weten dat er iets is, maar niet wat het is. Bovendien zijn er aanwijzingen dat het om koolstofverbindingen, dus moleculen die nodig zijn voor leven, zou kunnen gaan. Dat maakt het extra interessant.’

Referentie: Pseudo–three-dimensional maps of the diffuse interstellar band at 862 nm, J. Kos et al, Science, Vol 345, Issue 6198, p 791-795, 15 augustus 2014.