Nieuws over het vroege heelal

Presentatie bij Vendelinus, Genk

Transcript

1. Nieuws over het vroege heelal 13/4/2024 Bart Buelens
2. https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/science/physics-and-astronomy/history-the-universe-timeline
3. Geschiedenis van het heelal • 13,8 mld jaar geleden: oerknal • 380.000 jaar later: recombinatie (vorming atomen, kosmische achtergrondstraling) • 100-en mlj jaar na oerknal: eerste sterren (“populatie III”) en sterrenstelsels, reïonisatie • Vorming zware elementen – nucleosynthese (koolstof, stikstof, zuurstof, ...) na supernovae eerste sterren • 4,6 mld jaar geleden: zon en planeten • 3,5 mld jaar geleden: ontstaan van leven op Aarde
4. Populatie I, II, III • Classificatie van sterren volgens metaliciteit (gehalte aan elementen zwaarder dan H en He) – geintroduceerd door Walter Baade in 1944 (eigenlijk Oort 1926) • Populatie I – sterren zoals onze Zon (metaliciteit 1,4%) – relatief hoge metaliciteit, en jonge sterren – waargenomen vooral in de schijven van sterrenstelsels • Populatie II – lagere concentratie zware elementen, ouder – gevonden in halo’s en bolvormige sterrenhopen • Populatie III (pas toegevoegd in 1960s) – de vroegst gevormde sterren, geen zware elementen – hypothetisch, (nog) niet direct waargenomen
5. Simulaties populatie III sterren • Wel waargenomen: extremely metal-poor (EMP) sterren – ontstaan net na de populatie III sterren – op basis van EMP waarnemingen verwacht met dat Pop III sterren massa’s hadden van 12-60 zonsmassa’s • Eerdere simulaties gaven Pop III stermassa’s van tot wel 1000 zonsmassa’s • Nu: driedimensionale hydrodynamische hoge resolutiesimulaties met supercomputer – van de gaswolken waaruit de populatie III sterren moeten zijn ontstaan – nieuw: turbulentie ook in rekening gebracht
6. • Gaswolken moeten zijn gekrompen tot brokken van 22-175 zonsmassa’s • Resulterende Pop III sterren in simulatie hebben 8-58 zonsmassa’s – komt goed overeen met EPM gebaseerde berekeningen Clumpy structures within the turbulent primordial cloud, https://dx.doi.org/10.1093/mnras/stae764
7. Van eerste sterren naar eerste sterrenstelsels How Population III Supernovae Determined the Properties of the First Galaxies, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1 538-4357/ad2684 Deze illustratie toont de samenstelling van de eerste sterrenstelsels, beïnvloed door de feedback van de eerste sterren en supernovae die gevormd zijn in de donkere materie mini-halo voorgangersystemen. Mini-halo's worden niet geclassificeerd als sterrenstelsels vanwege de krachtige feedback van Pop III sterren en supernovae, die het gas uit de mini-halo's zouden verspreiden, waardoor de sterrenvorming binnenin wordt voorkomen. Credit: ASIAA/Ke-Jung Chen
8. Eerste sterrenstelsels • Eigenschappen bepaald door massa’s van Pop III sterren • Supernovae van eerste sterren produceren metalen • Die koelen gasomgeving af • Dit laat vorming van minder massieve sterren toe • Eerste sterrenstelsels: onregelmatige vormen • Geen rotatie • Pop II sterren ontstaan • Metaliciteit in deze eerste stelsels is ~ 1% van de Zon • Volgende slide: beelden uit de computersimulatie
9. Credit: ASIAA/Meng-Yuan Ho
10. https://www.skyatnightmagazine.com/space-missions/nasa-james-webb-space-telescope-observe-universe
11. James Webb Space Telescope • Grootste ruimtetelescoop ooit • Lancering dec. 2021, eerste beeld juli 2022 • Zit op Lagrange punt L2 • Infrarood waarnemingen • Studies van o.a. vroege heelal en exoplaneten
12. “UNCOVER” ULTRADEEP NIRSPEC AND NIRCAM OBSERVATIONS BEFORE THE EPOCH OF REIONIZATION • Een wetenschappelijk programma voor de JWST • Observaties van beelden en spectra in het nabije infrarood • In een gebied rond de Abell 2744 Cluster (Pandora’s Cluster), die als gravitatielens (“vergrootglas”) fungeert, in combinatie met HST beelden • Doel: – First Light sterrenstelsels vinden in het vroege heelal – bestuderen van sterrenstelsels met ultra-lage helderheid, verantwoordelijk voor de reionisatie • https://jwst-uncover.github.io/
14. Pandora’s cluster filmpje • https://webbtelescope.org/contents/media/videos/2023/107/01GS5SCDZKWA0Q 1MYJ3PHVY3TQ?news=true
16. JWST cosmic lighthouses “kosmische vuurtorens” • Acht sterrenstelsels bestudeerd • Heel energierijke sterren, maar relatief weinig per stelsel • De eerste sterrenstelsels hadden lage massa • Deze kleine stelsels kunnen de start van de reionisatie van het heelal verklaren, de ionisatie van voorheen neutraal waterstof • Vervolgonderzoek: is dit op grotere schaal zo, en niet alleen in de buurt van de Abel 2744 Cluster? • Atek, H., Labbé, I., Furtak, L.J. et al. Most of the photons that reionized the Universe came from dwarf galaxies. Nature 626, 975–978 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07043-6 • https://www.psu.edu/news/research/story/cosmic-lighthouses-cleared-primordial-fog-identified-jwst/