Astronomen hebben een ongekend gedetailleerde driedimensionale kaart van het vroege heelal onthuld, die een enorm netwerk van zwak licht en gas tussen sterrenstelsels onthult dat in eerdere onderzoeken grotendeels ongezien is gebleven. Deze doorbraak, bereikt met behulp van gegevens van het Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), biedt een nieuw perspectief op de vormingsperiode van het universum, bekend als ‘kosmische middag’, toen de stervorming ongeveer 9 tot 11 miljard jaar geleden een hoogtepunt bereikte.
De “Zee van Licht” in kaart brengen
De kaart toont niet alleen sterrenstelsels – de heldere ‘steden’ van de kosmos – maar ook de diffuse gloed van waterstofgas en kleinere, zwakkere sterrenstelsels die zich in de ruimtes ertussen bevinden. Dit is belangrijk omdat eerdere onderzoeken zich grotendeels concentreerden op het catalogiseren van individuele, heldere sterrenstelsels, waarbij een cruciaal onderdeel van de structuur van het vroege heelal ontbrak. Zoals hoofdauteur Maja Lujan Niemeyer uitlegde: “Er is een hele zee van licht in de schijnbaar lege plekken ertussen.”
Deze ‘zee van licht’ wordt gecreëerd door Lyman-alfastraling, die wordt uitgezonden wanneer waterstofatomen worden geactiveerd door jonge, hete sterren. Het is een karakteristieke signatuur van intense stervorming, waardoor het een belangrijke indicator is van galactische activiteit tijdens dit cruciale tijdperk. De co-auteur van het onderzoek, Robin Ciardullo, merkt op dat deze techniek hen in staat heeft gesteld voorheen onbekende zwakke sterrenstelsels en gaswolken te lokaliseren.
Lijnintensiteit in kaart brengen: een nieuwe benadering van kosmische cartografie
De onderzoekers gebruikten een techniek genaamd Line Intensity Mapping (LIM) om de kaart te maken. In tegenstelling tot traditionele methoden die sterrenstelsels één voor één identificeren, meet LIM het gecombineerde licht van de Lyman-alfa-golflengte van waterstof over grote delen van de hemel. Hierdoor kunnen ze niet alleen heldere sterrenstelsels volgen, maar ook het diffuse gas dat ze omringt en verbindt, wat resulteert in een ‘hittekaart’ van kosmische verlichting.
De kaart is opgebouwd uit een enorme dataset van meer dan 600 miljoen spectra verzameld door HETDEX, oorspronkelijk ontworpen om de uitdijing van het universum te meten en donkere energie te onderzoeken. Door dit archief een nieuwe bestemming te geven en gebruik te maken van supercomputers met aangepaste programmering, reconstrueerde het team een 3D-weergave van de waterstofdistributie over een enorm kosmisch volume. De zwaartekracht zorgt ervoor dat materie zich clustert, dus gebruikte het team de posities van bekende sterrenstelsels om de zwakkere achtergrondgloed te interpreteren, waardoor voorheen niet-detecteerbare structuren zichtbaar werden.
Implicaties voor het begrijpen van de vorming van sterrenstelsels
Door waterstof in kaart te brengen tijdens het meest actieve stervormingstijdperk van het universum, hebben astronomen nu een duidelijker beeld van hoe sterrenstelsels gas verzamelden, sterren vormden en zich assembleerden tot de grootschalige structuren die we vandaag de dag waarnemen. Het onderzoek suggereert dat toekomstige kosmische onderzoeken in toenemende mate afhankelijk zullen zijn van intensiteitskartering om niet alleen de helderste objecten in het universum te onthullen, maar ook het volledige gloeiende raamwerk dat ze met elkaar verbindt.
Deze studie markeert een opwindende eerste stap in het gebruik van intensiteitskartering om de vorming en evolutie van sterrenstelsels te begrijpen, aldus co-auteur Caryl Gronwall. De combinatie van geavanceerde telescopen zoals de Hobby-Eberly Telescoop met nieuwe complementaire instrumenten maakt de weg vrij voor een gouden tijdperk van kosmische kartering, en belooft diepere inzichten in de oorsprong en evolutie van het universum.
