Astronomen vinden geheimzinnig filament

Terwijl ze het allereerste licht in het universum wilden bestuderen met de LOFAR telescoop ontdekten sterrenkundigen onverwachte draadvormige structuren in ons melkwegstelsel. Die filamenten bevinden zich vermoedelijk relatief dicht bij ons zonnestelsel. RUG-sterrenkundigen Saleem Zaroubi en Vibor Jelić hebben, samen met een aantal collega’s van onder meer het onderzoeksinstituut ASTRON in Dwingeloo, twee artikelen over deze toevallige vondst geschreven die binnenkort verschijnen in astronomische tijdschriften.

‘We hebben iets ontdekt dat niemand ooit heeft gezien. Maar we weten nog niet echt wat het is’, zegt hoogleraar sterrenkunde Saleem Zaroubi. Samen met postdoc onderzoeker Vibor Jelić gebruikte hij de LOFAR radiotelescoop om het eerste licht dat in het universum is uitgezonden te onderzoeken, tijdens het zogeheten ‘tijdperk van reïonisatie’. Dit is een periode, zo’n 500 miljoen jaar na de Oerknal, waarin de eerst sterren en sterrenstelsels zich vormden en met hun straling het neutrale waterstof – dat tot dat moment het universum domineerde – ioniseerden.

Om dit oeroude licht te analyseren moeten sterrenkundigen eerst alle storende straling van onze eigen Melkweg kwijt zien te raken. ‘Wij keken op plekken aan de hemel waar die storende straling minimaal was’, legt Zaroubi uit. Maar zelfs daar is dit soort metingen een hele uitdaging.

Toen zij een speciale techniek gebruikten om de kracht van magnetische velden te meten verscheen er een onverwacht patroon in één van de bestudeerde plekken. ‘Bij deze techniek kijken we naar de polarisatie van synchrotronstraling’, legt Zaroubi uit. Synchrotronstraling ontstaat wanneer hoogenergetische elektronen terechtkomen in een magnetisch veld, in dit geval het magnetisch veld van de Melkweg. Het resultaat van de observatie was een verrassing. Jelić: ‘De polarisatie van de synchrotronstraling was sterker dan wij hadden verwacht, maar we vonden bovendien een merkwaardig patroon van rechte filamenten in onze gegevens.’

Rechte filamenten of ‘ongekookte spaghetti’, zoals Jelić het beschrijft, is iets ongewoons in het universum. Daarom controleerden ze hun gegevens nog eens extra goed, net als hun analysemethoden. Maar ze konden geen enkele fout vinden die de vreemde waarneming kon verklaren. ‘En we vonden dit soort patronen niet in andere delen van de hemel die we hadden bestudeerd’, vult Zaroubi aan.

De volgende stap leverde een nog grotere verrassing op. De onderzoekers vergeleken hun resultaten met meetgegevens van de Planck satelliet, die onder meer straling van stof in de Melkweg heeft onderzocht. ‘We keken naar deze straling in hetzelfde gebied’, vertelt Zaroubi. ‘En tot onze verbazing zagen we patronen die sterk leken op onze waarnemingen.’ Hieruit bleek dat de waarnemingen echt klopten.

Maar wat zien ze dan? ‘Op basis van onze gegevens zien we een of andere draadvormige structuur, die uitgelijnd is met het magnetisch veld van de Melkweg en bestaat uit zowel stof als gassen, inclusief neutraal waterstof’, somt Zaroubi op. ‘De structuur moet zich ergens tussen ons zonnestelsel en de bron van de synchrotronstraling bevinden, vermoedelijk niet meer dan driehonderd lichtjaar bij ons vandaan. En gezien de vorm zou ik zeggen dat de structuur zich door het heelal beweegt.’

Maar dat laat nog veel vragen open, bijvoorbeeld waarom het zulke rechte draden zijn. Jelić: Onze Melkweg wordt voor een belangrijk deel gevormd door turbulentie en dat levert geen geordende structuren op.’ Daarom wil hij dieper in het mysterie duiken. ‘We gaan op dezelfde plek aan de hemel kijken naar signalen op andere frequenties, met gegevens van de Planck satelliet en de Westerbork radiotelescoop. En we gaan simulaties uitvoeren om te achterhalen hoe dit soort geordende structuren kan ontstaan.’

Eén reden om dit te doen is dat het nu eenmaal spannend is om een mysterie verder te onderzoeken. Maar er is ook een mee praktische reden, vertelt Zaroubi. ‘We moeten begrijpen wat er aan de hand is, want dit fenomeen verstoort onze observaties van het tijdperk van reïonisatie. Paas als we weten wat er precies aan de hand is kunnen we die storing wegfilteren.’ En bovendien, zo besluit Jelić, ‘zullen we zo ook iets nieuws leren over onze eigen Melkweg.’

Referenties:

1. Jelic et al., “Linear polarization structures in LOFAR observations of the interstellar medium in the 3C196 field”, 2015, Astronomy & Astrophysics, in press.

2. Zaroubi et al., “Galactic interstellar filaments as probed by LOFAR and Planck”, 2015, MNRAS Letters, in press.