Reusachtige ALMA-telescoop ziet sterren ontstaan

De ALMA-telescoop in Chili is regelmatig in het nieuws: deze maand nog met beelden van samensmeltende sterrenstelsels en metingen van de temperatuur van de ringen van Uranus. Maar kan ALMA ons ook vertellen hoe sterren ontstaan?

De sterren die wij aan de nachthemel zien, zijn er niet altijd geweest en ze zullen er niet altijd blijven. Sterren zoals de zon doven uit, terwijl massieve, ‘zware’, sterren, zoals die in het sterrenbeeld Orion, al na een paar miljoen jaar ontploffen als een supernova.

Er komen ook sterren bij: in onze Melkweg ongeveer drie per jaar. Dit gebeurt in koude, donkere wolken van gas en stof die zich tussen de sterren bevinden. Het gas tussen de sterren is niet homogeen verdeeld (zoals mist) maar geconcentreerd (zoals wolken). De zwaartekracht laat die wolken ‘instorten’ tot ze zo klein en heet worden dat ze licht uitstralen en wij ze zien als ster. Daarbij neemt het gas de vorm van een schijf aan, en uit deze schijf ontstaan later planeten.

Om erachter te komen hoe sterren ontstaan, bestuderen astronomen de wolken waar dat gebeurt. Doordat die wolken koud en donker zijn, is er op foto’s van gewone, optische telescopen niets te zien. Om het binnenste van zulke wolken te bekijken hebben we langgolvig licht nodig. Dit zogenoemde submillimeter-gebied ligt op de grens tussen radiostraling en infrarood licht.

De ALMA-telescoop staat op 5000 meter hoogte op de grens van Chili en Argentiniƫ, en bestaat uit 66 antennes. (foto: Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO)

Zwerm van 66 antennes

Telescopen voor submillimeter-straling bestaan sinds de jaren tachtig, maar hun foto’s zijn niet scherp genoeg. Submillimetergolven zijn duizend keer zo lang als bij gewoon licht, en om even scherpe foto’s te maken, zou een telescoop ook duizend keer zo groot moeten zijn. En dat is technisch en financieel onmogelijk.

Voor de ALMA-telescoop is daarom voor een ander concept gekozen: een zwerm van 66 antennes op onderlinge afstanden tot 16 km. Uit de verschillen tussen de signalen die al die antennes opvangen, reconstrueren computers beelden van de hemel die zelfs scherper zijn dan die van de Hubble-ruimtetelescoop.

ALMA staat in de Atacama-woestijn in Noord-Chili, waar de lucht heel ijl, stil, en droog is. Ideaal voor het opvangen van submillimetergolven. De ALMA-telescoop is nu sinds 2011 in gebruik, en wat heeft hij ons geleerd over de vorming van sterren?

De Paardekopnevel in zichtbaar licht (links): mooi scherp, maar het gebied waar het om gaat is donker. Op submillimeter-golflengten (rechts) is de wolk helder, maar is het beeld onscherp. Wetenschapper hebben idealiter de scherpte van links met de helderheid van rechts. (foto: ALMA)

Dubbelster in wording

Voor astronomen was een belangrijk raadsel waarom veel sterren niet in hun eentje vormen, maar als duo, trio, of een nog groter groepje. Waarnemingen zoals in de figuur hierboven werpen een nieuw licht op die vraag.

We zien een dubbelster in wording: twee heldere punten omgeven door een spiraalachtige structuur. De rechter van de twee punten lijkt zelf uit twee delen te bestaan, dus misschien wordt dit een driedubbele ster. De spiraalstructuur eromheen laat zien dat de stofschijf instabiel is geworden en in stukjes uitvalt, waaruit afzonderlijke sterren ontstaan.

Voor een telescoop van acht jaar oud heeft ALMA al veel ontdekt. De mogelijkheid om in te zoomen op koude donkere wolken heeft ons veel geleerd over hoe sterren ontstaan. Toch kan ook ALMA niet alles. ALMA kan vooral op individuele objecten inzoomen, ofwel voor het maken van ‘portretten’. Om vele objecten met elkaar te vergelijken (groepsfoto’s) is uitzoomen juist beter, en dat kunnen andere telescopen goed.

Verder zijn belangrijke stoffen en gassen, zoals water, niet zichtbaar vanaf de grond, vanwege onze eigen atmosfeer. Om die redenen werkt NASA aan de ruimtetelescoop James Webb, die in 2021 wordt gelanceerd. Mogelijk kan die ons meer