Er is iets raars aan de hand met de radiosignalen uit cluster Abell 3266: ze komen telkens nét van een andere plek dan waar sterrenkundigen ze verwachten. Hoe kan het dat de data van de telescopen zo afwijken van de natuurkundige modellen?

Een cluster bestaat uit een groep sterrenstelsels, vaak honderden of zelfs duizenden, die bijeen worden gehouden door de onderlinge zwaartekracht. Er zijn ongelooflijk veel van deze clusters in het heelal en ze kunnen een omvang van miljoenen lichtjaren hebben.

Plasmasoep en donkere materie
Sterrenstelsels zijn niet de enige ruimteobjecten die zich in de clusters bevinden. Sterker nog, ze zijn verantwoordelijk voor maar enkele procenten van de massa. Zo’n 80 procent is donkere materie en de rest is hete ‘plasmasoep’, oftewel gas met een temperatuur van boven de 10 miljoen graden, die onder invloed staat van een zwak magnetisch veld.

De clusters zijn al lange tijd onderwerp van observatie door sterrenkundigen. Ze worden opgeslagen in de Abell-catalogus, waarin 4073 verschillende clusters zijn opgenomen. Met Abell 3266 is iets vreemds aan de hand. Wetenschappers hebben verschillende soorten zeldzame radiosignalen opgevangen uit het dynamische cluster. Deze signalen stroken niet met de gangbare opvattingen in de astronomie.

Clusters bestaande uit minder dan vijftig sterrenstelsels worden overigens groepen in plaats van clusters genoemd. Ons Melkwegstelsel maakt deel uit van zo’n groep, de zogenaamde Lokale Groep. Ook de Andromedanevel en veertig kleinere sterrenstelsels maken deel uit van ‘onze’ groep.

Radiosignalen door botsing
Als je de telescoop richt op clusters, kun je allerlei interessante processen bestuderen. Zo kun je de data gebruiken om berekeningen uit te voeren op het gebied van magnetisme en plasmafysica. Deze omstandigheden kunnen niet in het lab worden gecreëerd, dus de wetenschappers moeten het van de telescoopdata hebben.

Clusters reizen door het heelal en komen soms met elkaar in botsing. Dit gaat bepaald niet zachtzinnig. De deeltjes waaruit de hete plasma bestaat, krijgen een grote hoeveelheid extra energie te verwerken, waardoor ze radiosignalen gaan uitzenden. Er zijn allerlei verschillende soorten radiosignalen, zoals radio-relics (of radiorelikwieën), radio-halo’s en fossiele radio-emissies.

Relics, halo’s en fossielen
‘Radio-relics’ hebben de vorm van een boog en bevinden zich aan de randen van sterrenclusters. Ze ontstaan door schokgolven die door de plasmasoep heen bewegen. De dichtheid en hoeveelheid druk verandert constant in de superhete brij, waardoor er veel energie wordt uitgewisseld door de hoogenergetische deeltjes. De schokgolven zorgen ervoor dat er continu radiogolven worden uitgezonden. Je kunt zo’n schokgolf vergelijken met de supersonische knal die ontstaat als een vliegtuig door de geluidsbarrière gaat.

‘Radio-halo’s’ zijn onregelmatige patronen die opkomen uit het centrum van een cluster. Ook deze radiogolven ontstaan door turbulentie in de hete plasmasoep en de energie die daaruit voortkomt. Relics en halo’s zouden niet bestaan zonder de kracht die vrijkomt bij de immense clusterbotsingen. Helaas is er verder nog veel onduidelijk over deze radiosignalen.

De derde groep is een geval apart. Dit zijn de ‘fossiele’ radiobronnen, die over zijn gebleven na de dood van een superzwaar zwart gat in het midden van een sterrenstelsel. Een zwart gat schiet constant enorme hoeveelheden plasma ver weg de ruimte in. Dit gebeurt met zoveel geweld, dat deze ‘jets’ zelfs het eigen sterrenstelsel uit worden gekatapulteerd. Als het zwarte gat niet genoeg brandstof meer heeft, vallen deze ‘jets’ langzaam maar zeker uit elkaar. De overblijfselen hiervan kunnen wij met een telescoop opvangen als radiofossiel.

Abell 3266
Terug naar cluster Abell 3266. Dit zeer dynamische cluster ligt op circa 800 miljoen lichtjaren van de aarde. Door de botsing met een ander cluster wordt aan alle voorwaarden voor bovenstaande radiosignalen voldaan, maar pas recent werden ze ook werkelijk gevonden.

Drie Australische telescopen werden op Abell 3266 gericht: de Murchison Widefield Array, de ASKAP-radiotelescoop en de ATCA. Door de beelden van verschillende golflengtes over elkaar heen te leggen, zijn complexe en kleurrijke beelden ontstaan.

Radio-relic in Abell 3266: de gele, oranje en rode kleuren tonen de helderheid van de radiosignalen. Afbeelding: Christopher Riseley,

Complexe, kleurrijke beelden
Zo laten de gele kleuren de plekken zien waar erg veel energie en hoge temperaturen zijn te vinden. De rode plekken staan voor oudere, minder hete gebieden. Deze objecten hebben al veel van hun energie verloren in de loop der tijd of waren al vanaf het begin minder fel. En dan zijn er nog de mistige blauwe regio’s, veroorzaakt door zeer heet plasma.

De overblijfselen van een superzwaar zwart gat zijn te zien, maar de fossiele radio-emissies lijken juist net ergens anders vandaan te komen. Hetzelfde gebeurt met de plasmasoep waar de energetische schokgolven de radio-relics en halo’s creëren. Ook deze locaties zijn anders dan waar de astronomen ze zouden verwachten.

Ruimteraadselen
De onderzoekers, wier studie in vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society verscheen, staan voor een raadsel. De natuurkundige modellen komen niet overeen met de data van de telescopen. Er is nog een lange weg te gaan om meer duidelijkheid te krijgen over deze intrigerende fenomenen in cluster Abell 3266. Gebeuren deze anomalieën alleen hier of ook elders in het universum? Wat veroorzaakt het verschil tussen de modellen en de telescoopdata?

De wetenschappers hebben een schat aan nieuwe en gedetailleerde informatie aangeboord, maar er zijn minstens evenzoveel nieuwe vragen ontstaan.