De ‘ongewone radiocirkels’ werden in 2019 voor het eerst in de ruimte gespot en zijn daarmee één van de meest recente mysteries die het universum ons voorschotelt. Maar astronomen laten het er niet bij zitten..

In 2019 stuitten wetenschappers tijdens hun werk met de Australian SKA Pathfinder Telescope op een merkwaardig verschijnsel, namelijk een ring van radiostraling. Zoiets hadden astronomen nog nooit gezien en ze konden het ook slecht duiden. Dat laatste blijkt ook wel uit de benaming die ze voor dit mysterieuze verschijnsel bedachten: ORC. Dat staat voor Odd Radio Circle, oftewel ongewone radiocirkel.

Vijf ORCs
Inmiddels zijn we drie jaar verder en zijn ons vijf van deze cirkels van radiostraling bekend. Het suggereert dat ORCs tamelijk zeldzaam zijn, want er is de afgelopen jaren grondig en uitgebreid naar gezocht, maar dus zonder al te veel resultaat. Daarbij moet echter wel worden opgemerkt dat de ORCs heel lastig te zien zijn met conventionele radiotelescopen; ze geven niet heel veel radiostraling af en daarom zijn er heel krachtige telescopen nodig om ze überhaupt te kunnen waarnemen.

Bolvormig
Natuurlijk hebben astronomen zich de afgelopen jaren ook het hoofd gebroken over hoe deze mysterieuze radiocirkels ontstaan. En inmiddels hebben ze daar wel ideeën over. Zo heeft vervolgonderzoek uitgewezen dat een aantal van de ontdekte ORCs verre sterrenstelsels omringen. Waarschijnlijk zijn het bovendien strikt genomen geen cirkels, maar hebben ze een bolvorm. Zo’n bol kan zomaar 1 miljoen lichtjaar breed zijn en herbergt dus een sterrenstelsel. Vermoed wordt dan ook dat die centrale sterrenstelsels de radio-emissie op de één of andere manier genereren.

Nieuwe waarnemingen
Astronomen zijn vastbesloten om het mysterie van de ORCs op te lossen. En daarom hebben ze de allereerst ontdekte ORC nog eens nader onder de loep genomen. Ze maakten daarbij gebruik van de MeerKAT-radiotelescoop. Waar ASKAP vooral goed is in het afspeuren van grote delen van het heelal, leent MeerKAT zich juist voor het inzoomen op specifieke delen daarvan. En voor het nieuwe onderzoek richtten wetenschappers de krachtige radiotelescoop dus op een ongewone radiocirkel. Het resulteert in de beste opnames die we van deze mysterieuze verschijnselen hebben én onthult ook iets nieuws.

Links zie je de observatie van ASKAP die leidde tot de ontdekking van de ORCs. Rechts de veel gedetailleerdere observatie van MeerKAT van die allereerste ORC. Afbeelding: EMU / ASKAP / MeerKAT.

Nieuwe informatie
Zo is op de opnames van MeerKAT te zien dat er in de ongewone radiocirkels boogjes van radiostraling te vinden zijn. Mogelijk zijn ze ontstaan in het kielzog van andere sterrenstelsels die dwars door de ORC zijn gereisd, zo stellen de onderzoekers. Die hypothese wordt verder onderschreven door het feit dat de wetenschappers tevens kunnen aantonen dat de ORC zich in een vrij dichtbevolkt gebied bevindt: in de nabijheid van het sterrenstelsel dat zich in het hart van de ORC bevindt, zijn tal van sterrenstelsels te zien en sommigen bevinden zich zelfs in de ORC. Als de ongewone radiocirkel inderdaad – zoals de meeste onderzoekers denken – is ontstaan door bepaalde ontwikkelingen in het sterrenstelsel dat zich in het hart van de meeste ORCs bevindt en geleidelijk is uitgedijd, dan zou die ORC gedoemd zijn om op de nabije sterrenstelsels te stuiten en daardoor beïnvloed (en dus verstoord) te worden.


Deze artistieke impressie laat zien hoe de radiocirkels na een explosie in het centrale sterrenstelsel het levenslicht zien. Aangenomen wordt dat de cirkels – die 16 keer groter zijn dan onze Melkweg – er 1 miljard jaar over hebben gedaan om hun huidige omvang te bereiken en daarbij ook andere, nabije sterrenstelsels zijn gepasseerd. Afbeelding: Sam Moorfield / CSIRO.

Polarisatie
Daarnaast zijn onderzoekers er voor het eerst in geslaagd om de polarisatie van het radiosignaal van een ORC te meten. En dat is belangrijk, omdat die polarisatie meer kan vertellen over de aanwezigheid en vorm van magnetische velden. In dit geval blijkt uit de polarisatie van het radiosignaal dat met name de rand van de cirkel een relatief sterk magnetisch veld heeft.

Elektronen
Ten slotte blijkt uit de waarnemingen ook dat de radiostraling ontstaat doordat elektronen met bijna de snelheid van het licht langs het magnetisch veld razen. En dat is een interessante bevinding. Want er zijn niet zo heel veel processen die elektronen op zo’n hoge snelheid kunnen brengen. En afgaand op de nieuwste waarnemingen blijven er volgens de onderzoekers nog maar drie mogelijke verklaringen voor het ontstaan van de mysterieuze ORCs over.

Eén
Zo kan de ongewone radiocirkel het restant van zijn een zware explosie – bijvoorbeeld ten gevolge van de fusie van twee supermassieve zware gaten – in het centrum van het sterrenstelsel. In dat scenario zou je verwachten dat je in het hart van het sterrenstelsel vandaag de dag een actieve galactische kern aantreft. En dat is in ieder geval bij de drie ORCs waarvan we zeker weten dat ze in hun hart een sterrenstelsel herbergen, het geval. En daarmee is dit een reële hypothese.

Op deze afbeelding is de data van de MeerKAT-radiotelescoop gecombineerd met optische en nabij-infrarode data afkomstig van de Dark Energy Survey. Afbeelding: J. English (U. Manitoba) / EMU / MeerKAT / DES(CTIO).

Twee
Maar er zijn er nog twee. Zo wijzen de onderzoekers erop dat sterrenstelsels – wanneer je ze op radio-golflengten bestudeert – vaak gekenmerkt worden door twee straalstromen die zich in tegenovergestelde richting uit het hart van het sterrenstelsel weg haasten. Wanneer je tegen de zijkant van zo’n sterrenstelsel aankijkt, zijn die straalstromen – in de vorm van twee kwab-achtige structuren – vaak heel goed zichtbaar. Maar stel nu dat we deze sterrenstelsels niet van opzij, maar van boven- of onderaf bewonderen. In dat geval zouden die kwab-achtige structuren opeens zomaar ORC-achtig kunnen zijn. Het is een interessante, maar niet meteen de beste hypothese. Want als ORCs verkapte straalstromen zouden zijn, zou je verwachten dat ze niet zo zeldzaam zijn als tot op heden wordt aangenomen. Daarnaast wijzen de onderzoekers erop dat de kwab-achtige structuren vaak een onregelmatige vorm hebben en dus – ook van bovenaf gezien – niet zo gemakkelijk een bijna perfecte bolvorm kunnen aannemen. Dat gezegd hebbende, kan deze hypothese op dit moment ook nog niet overtuigend worden weggestreept en dus blijft deze verklaring voor de ORCs vooralsnog een kanshebber.

Drie
De derde en laatste mogelijke verklaring is de starburst termination shock. Hierbij ontstaat er een schokgolf door toedoen van stervorming. De hypothese wordt onderschreven door het feit dat er in het sterrenstelsel dat zich in het hart van de onderzochte ORC bevindt, lang geleden inderdaad veel nieuwe sterren zijn gevormd. Bovendien komt de afstand tussen zo’n schokgolf en het centrale sterrenstelsel overeen met de geschatte omvang van de ongewone radiocirkel.

Welke van deze drie verklaringen de juiste is, is ook op basis van de nieuwe waarnemingen niet met zekerheid te zeggen. Meer onderzoek is dan ook hard nodig. Tijdens dat vervolgonderzoek is het allereerst zaak dat er meer ORCs ontdekt worden. Zo kan namelijk worden vastgesteld welke eigenschappen ze met elkaar gemeen hebben en dat is belangrijk om te kunnen achterhalen hoe ze nu precies ontstaan. Nu is het ontdekken van ORCs gemakkelijker gezegd dan gedaan, zo hebben onderzoekers de afgelopen jaren wel ontdekt. Maar er gloort hoop. Zo zijn er hoge verwachtingen omtrent de Square Kilometer Array die in Zuid-Afrika moet verrijzen (en waar ook de Nederlandse overheid behoorlijk in heeft geïnvesteerd). Deze radiotelescoop is nog in aanbouw, maar zou de komende jaren al de eerste waarnemingen moeten kunnen doen. “De SKA-telescoop zal – wanneer voltooid – ongetwijfeld meer ORCs ontdekken en ons meer gaan overtellen over de levenscyclus van sterrenstelsels,” aldus onderzoeker Ray Norris. Maar in afwachting daarvan, zitten de astronomen zeker niet stil; ook met ASKAP en MeerKAT valt er waarschijnlijk nog genoeg te ontdekken.