Er wordt gezegd dat FM-straling donkere materie detecteert

Gigantische radiotelescopen kunnen beelden met een hoge resolutie van de kosmische massadistributie leveren

Massadistributie in een hemelgebied zo groot als een kwart van de volle maan. Links in de resolutie van een optische ruimtetelescoop (om de structuren te illustreren, was het contrast verdrievoudigd), rechts de voorspelde resolutie van een 100-kilometer radiotelescoop. Deze afbeeldingen zijn gemaakt door Stefan Hilbert van het Max Planck Instituut voor Astrofysica met behulp van de Millennium Simulation, de grootste computersimulatie tot nu toe voor de vorming van structuren in de kosmos. © Max Planck Instituut voor astrofysica
voorlezen

Sterrenstelsels vormen slechts een klein deel van de massa in het heelal, de grote rest bestaat uit een vreemde materie, die tot nu toe koppig elke directe waarneming ontgaat. Nu hebben Duitse onderzoekers berekend dat een zeer grote radiotelescoop een zeer gedetailleerd beeld zou kunnen geven van de kosmische verdeling van deze onzichtbare donkere materie. Dergelijke gigantische stations zijn nog steeds een verre utopie, bijvoorbeeld op de maan. Zoals de onderzoekers echter melden in "Maandelijkse kennisgevingen van de Royal Astronomical Society", zouden toekomstige baanbrekende conclusies over de oorsprong van het universum en zijn sterrenstelsels mogelijk zijn.

Het principe van het berekenen van zichtbare en onzichtbare massa in het heelal wordt snel uitgelegd: het licht van verre bronnen wordt op weg naar ons afgeleid door de zwaartekracht van nabije objecten. Deze zwaartekrachtafbuiging van het licht vervormt de beelden van deze bronnen als een ver landschap gezien door een kromme ruit of op een golfde vijveroppervlak. Uit de vervorming kan de zichtbare en onzichtbare massa op de voorgrond worden berekend. Maar tot nu toe hebben onderzoekers alleen gewerkt met de vervorming van licht door verre sterrenstelsels.

Nu hebben de wetenschappers R. Benton Metcalf en Simon White van het Max Planck Instituut voor Astrofysica in Garching bepaald dat de zwaartekrachtvervorming van radiobeelden van pregalactisch gas veel gedetailleerdere kaarten van de verdeling van de kosmische materie zou opleveren. De tot nu toe alleen vervaagde foto's van de optische telescopen konden radiotelescopen tot 20 keer hoger oplossen.

Radiogolven en gasmengsels

De bijbehorende radiogolven komen uit de eerste half miljard jaar na de oerknal, voordat de eerste sterrenstelsels verschenen. Gedurende deze periode bestond de normale materie uit een bijna uniform verdeeld gasmengsel van waterstof en helium met kleine dichtheidsvariaties. Deze zwakke structuren beïnvloeden echter de kosmische achtergrondstraling op een golflengte van 21 centimeter die karakteristiek is voor waterstof en zijn daarom zichtbaar. Naarmate het universum groeit, is deze golflengte nu gegroeid tot twee tot 20 meter, wat overeenkomt met het VHF-bereik.

De gebeurtenissen in het universum na de oerknal. De radiogolven zijn aanzienlijk ouder dan het licht van de sterrenstelsels. Uit de vervorming van de beelden (gebogen lijnen), die de zwaartekracht van materie tussen ons en de lichtbronnen veroorzaakt, kan men de gehele voorgrondmassa berekenen en in kaart brengen. MPI voor astrofysica

Afhankelijk van de afstand van de radiobron verandert de golflengte. Een radiotelescoop kan deze structuren daarom van elkaar onderscheiden - tot duizend in elke richting. U krijgt dus veel zeer verre stralingsbronnen: de ideale voorwaarde om nauwkeurig de massa te berekenen van de objecten die voor hun zwaartekrachtvervorming liggen. Anders dan voorheen konden onderzoekers met behulp van radiogolven ook structuren op afstand detecteren die zich achter de sterrenstelsels bevinden waarvan de optische beeldvervorming meetbaar is. Bovendien zou je zo'n beeld kunnen maken van het vroege universum zonder sterrenstelsels. tonen

Nieuwe uiterst nauwkeurige kosmologie mogelijk

"Passende studies met zeer grote radiotelescopen zouden een nieuw tijdperk inluiden voor zeer precieze kosmologie en ons in staat stellen beter te begrijpen hoe sterrenstelsels worden gevormd", zegt Simon White. Voor afbeeldingen met een zeer hoge resolutie zijn echter gigantische radiotelescopen nodig: bijvoorbeeld een gebied met een diameter van ongeveer 100 kilometer, dichtbevolkt met radio-antennes, ideaal gelegen aan de achterkant van de maan, waar de antennes zonder de storende zijn Invloeden van de atmosfeer van de aarde zouden kunnen werken.

"Om nieuwe resultaten met radiogolven te krijgen, hoeven we niet te wachten op zo'n gigantische telescoop", zegt Simon White. Naast Dark Matter is er nog een Dark Riddle in het heelal: de mysterieuze donkere energie die de expansie van het heelal versnelt. De wetenschappers hebben aangetoond dat zelfs met een minder nauwkeurige massakaart van kleinere radiotelescopen, de eigenschappen van deze donkere energie nauwkeuriger kunnen worden bepaald dan met alle eerder geplande methoden.

In elk geval verhogen de resultaten de verwachtingen van radiotelescopen die momenteel in aanbouw of in planning zijn. Een van de meest geavanceerde projecten is de Low Frequency Array (LOFAR) in Nederland, die bestaat uit duizenden kleine radioantennes die via een netwerk zijn verbonden. Het beslaat echter slechts een tienduizendste van het gebied van de ideale gigantische telescoop. Het Max Planck-instituut voor astrofysica wil samen met andere Duitse instituten een belangrijke rol spelen in het LOFAR-project.

(Max Planck Instituut voor Astrofysica, 15.12.2006 - AHE)