New Horizons detecteert galactische Lyman-alpha emissie

Waterstof is het meest voorkomende element. Als neutraal waterstof met energie wordt bestraald dan kan zijn elektron in een hogere baan komen met een hoger energieniveau. Dat elektron kan dan van de ene baan naar de andere springen en hierbij komt er een foton vrij. Als het elektron van de binnenste baan naar de daarnaast gelegen baan springt dan wordt er een foton op een hele specifieke golflengte in het ultraviolette deel van het spectrum uitgezonden. Dit noemen we de Lyman-alpha emissie. Omdat Lyman-alpha emissies veel worden gemaakt door middel van de recombinatie van elektronen en protonen in de HII-gebieden van ons sterrenstelsel neemt men aan dat ze een groot deel van de fotonenenergie in ons sterrenstelsel dragen.

Hew Horizons - artist impressie
Artist impressie van de New Horizons van de NASA in de buitenste delen van het zonnestelsel. Op de achtergrond de Zon en een opgloeiende band van het zodiakale licht dat wordt veroorzaakt doordat zonlicht door stof wordt weerkaatst. Credit: Joe Olmsted / STScI.

De Lyman-alpha emissie wordt voor het eerst in de jaren ’60 gedetecteerd en het bestaan ervan werd in 1971 officieel bevestigd.

In de meeste delen van het zonnestelsel wordt de achtergrond gedomineerd door Lyman-alpha fotonen die door de Zon zijn uitgestraald en die door passerende interstellaire waterstofatomen worden weerkaatst. Echter in de buitenste delen van het zonnestelsel, waar de New Horizons ruimtesonde zich nu bevindt is deze weerkaatste zonlicht component van de Lyman-alpha emissie veel minder helder en zijn de zwakkere componenten van nabij gelegen gebieden van ons sterrenstelsel beter te onderscheiden.

De galactische Lyman-alpha achtergrond is afkomstig van hete gebieden rond zware sterren die alle materie in hun buurt ioniseren. Die materie is voornamelijk waterstof want dat is het meest voorkomende element in het heelal.

Als elektronen en protonen weer samenkomen, recombineren, dan zenden ze nagenoeg altijd Lyman-alpha fotonen uit. Waterstofatomen tussen de sterren weerkaatsen deze fotonen tot een ruwweg uniforme gloed in de ruimte. Ze zijn waarneembaar maar alleen op de golflengte van Lyman-alpha en dat is een golflengte die ongeveer vier keer kleiner is dan het menselijk oog kan zien.

De Lyman-alpha emissie van de Zon is zo helder dat astronomen niet wisten hoeveel ons sterrenstelsel eigenlijk bijdraagt. Het is alsof je op een mistige dag bij een straatlantaarn staat. De mist verstrooit het licht van de lamp waardoor het moeilijk is iets anders te zien.

Lyman-alpha achtergrond
Galactische Lyman-alpha-achtergrond: scan met zes grote cirkels van 30 augustus 2019 als overlay op een modelachtergrond; de locatie van de zon wordt gemarkeerd door een oranje stip; de contouren van de vier dichtstbijzijnde lokale interstellaire middelgrote wolken (LIC, G, Blue en Aql) zijn ter vergelijking over elkaar heen gelegd. Credit: Gladstone et al., doi: 10.3847/1538-3881/ac23cd.

Met behulp van de Alice ultraviolet spectrograaf aan boord van de New Horizons hebben wetenschappers nu voor het eerst nauwkeurig de helderheid van de galactische component van de Lyman-alpha achtergrond kunnen meten.

De New Horizons reist ondertussen meer dan 15 jaar steeds verder weg van de Zon. Hoe verder weg des te minder we verblind worden door de zonnecomponent van de Lyman-alpha achtergrond.

Ver voorbij Pluto is de helderheid van de Lyman-alpha achtergrond een factor 20 kleiner dan in de buurt van de Aarde. Dat is iets dat astronomen al tientallen jaren vermoedden maar dat nu voor het eerst redelijk nauwkeurig is gemeten.

De resultaten van het onderzoek zijn in de Astrophysical Journal gepubliceerd.

Artikel: G. Randall Gladstone et al. 2021. New Horizons Detection of the Local Galactic Lyman-α Background. AJ 162, 241

Eerste publicatie: 27 november 2021
Bron: Sci-News