Röntgenkaart onthult interstellaire 'tunnel'

Röntgenkaart onthult interstellaire 'tunnel' in onze omgeving

Op 29 oktober 2024 publiceerde een team onder leiding van het Max‑Planck-Instituut voor Extraterrestrische Fysica een gedetailleerde röntgenstudie die de directe galactische omgeving rond de zon hertekent. Op basis van de eerste volledige hemelscan van de SRG/eROSITA-telescoop produceerden de auteurs een driedimensionaal model van de Lokale Hete Bel (LHB) en identificeerden ze smalle gangen van plasma met een lage dichtheid en een temperatuur van miljoenen graden — in het artikel omschreven als "tunnels" — waaronder een prominente verbinding die in de richting van het sterrenbeeld Centaurus wijst. Het resultaat is geen sciencefiction-afkorting, maar een scherper beeld met een hogere resolutie van hoe supernovae en stellaire winden holtes hebben uitgesleten en deze over honderden lichtjaren met elkaar hebben verbonden.

De Lokale Hete Bel in kaart brengen

De Lokale Hete Bel is de regio van ijl, röntgenstraling uitzendend gas die het zonnestelsel omringt. Het bestaan ervan werd in de jaren zeventig voorgesteld om een zwakke gloed van zachte röntgenstraling te verklaren die aan de hele hemel werd waargenomen: het idee is dat oude supernova-explosies en krachtige stellaire winden het nabijgelegen interstellair medium hebben leeggemaakt en verhit, waardoor een holte van tientallen tot enkele honderden parsecs breed ontstond. De nieuwe studie maakt gebruik van de gevoeligheid van eROSITA voor zachte röntgenstraling en de gunstige positie van de missie bij het zon-aarde L2-punt om een ruimtelijk opgeloste kaart samen te stellen van de emissiemaat en temperatuur van de bel. Dankzij die dataset kon het team het signaal van het hete plasma scheiden van verontreinigingen op de voorgrond en een 3D-model bouwen van de vorm en interne structuur van de bel.

Cruciaal is dat eROSITA de hemel observeert van buiten de exosfeer van de aarde en zijn eerste volledige hemelmeting voltooide nabij het zonneminimum — omstandigheden die de interferentie door ladinguitwisseling van de zonnewind verminderen en de achtergrond van zachte röntgenstraling gemakkelijker interpreteerbaar maken. Dit zuiverdere beeld stelde de auteurs in staat om fijne structuren binnen de LHB te identificeren waar eerdere metingen alleen op konden hinten.

Wanneer het artikel verwijst naar een "interstellaire tunnel", wordt daarmee geen fysieke doorgang bedoeld die ruimtevaartuigen of signalen sneller dan het licht zou kunnen vervoeren. In plaats daarvan beschrijft de term een smal gebied waar koeler, dichter interstellair materiaal ontbreekt en is vervangen door heter plasma met een lagere dichtheid. Op de röntgenkaarten verschijnen deze gebieden als coherente kanalen met een verhoogde emissiemaat en een hogere temperatuur. Eén zo'n kenmerk komt overeen met de coördinaten (l, b) ≈ (315°, 25°) aan de hemel en wijst naar Centaurus; een ander sluit aan bij de reeds bekende β Canis Majoris-tunnel. Deze kanalen kunnen het best worden geïnterpreteerd als de vingerafdrukken van energetische gebeurtenissen uit het verleden — supernovae, collectieve winden van sterrenclusters of uitbarstingen van naburige superbellen — die gaten hebben geslagen in de koudere fasen van het interstellair medium.

Hoe deze structuren ontstaan en evolueren

Stellaire feedback geeft vorm aan het interstellair medium. Wanneer massieve sterren het einde van hun leven bereiken, exploderen ze als supernovae, waarbij enorme hoeveelheden kinetische energie vrijkomen die het omringende gas opvegen in uitdijende schillen en hete binnenruimtes achterlaten. Als er meerdere explosies plaatsvinden in een regio of als winden van jonge, massieve clusters samenwerken, kunnen de leeggemaakte volumes uitgroeien tot superbellen van honderden lichtjaren breed. Na verloop van tijd zorgen overlappende bellen, asymmetrische explosies en dichtheidsgradiënten in het omringende medium voor kanalen en uitstroomgebieden waar heet gas wegen vindt om te ontsnappen. De eROSITA-kaart voegt een nieuwe observationele laag toe door aan te tonen dat sommige van deze paden relatief smal, coherent en langgerekt zijn.

Omdat de in kaart gebrachte tunnels gevuld zijn met plasma met temperaturen in de orde van 10^6 K, zijn ze helder in zachte röntgenstraling, maar nagenoeg onzichtbaar op optische golflengten; omgekeerd zijn kaarten van stof en koud gas, samen met datasets van absorptielijnen, essentieel om vast te stellen waar het hete gas koudere componenten heeft verdrongen. De auteurs van het artikel combineerden hun eROSITA-röntgenanalyse met bestaande 3D-stofkaarten en catalogi van supernovarestanten en superbellen om de structuren in een bredere context te plaatsen.

Waarom dit belangrijk is voor de astronomie en het zonnestelsel

Ten eerste verfijnt de kaart ons beeld van de directe galactische buurt. Kennis over de geometrie en druk van de LHB is van invloed op modellen voor het transport van kosmische straling, de penetratie van interstellair gas in de heliosfeer en de interpretatie van diffuse röntgen- en ultravioletachtergronden. Ten tweede ondersteunt de ontdekking van verbindingskanalen een ouder theoretisch beeld waarin het interstellair medium geen homogene mist is, maar een schuimachtig netwerk van bellen die verbonden zijn door tunnels en 'schoorstenen' die heet gas tussen verschillende schalen transporteren. De eROSITA-resultaten geven dit beeld empirisch gewicht door voorheen versmolten structuren te scheiden en temperatuurvariaties over de bel te kwantificeren.

Ten slotte helpt een duidelijkere kaart bij het plannen van vervolgwaarnemingen. Gerichte afstandsmetingen — bijvoorbeeld via absorptielijnen tegen achtergrondsterren of via stofkaarten die met parallax zijn gekalibreerd — zullen bepalen of een bepaald röntgenkenmerk zich op enkele tientallen parsecs afstand bevindt of deel uitmaakt van een verder weg gelegen superbel. Dat is essentieel om te beslissen of een kanaal een lokale corridor is of een toevallige oplijning van niet-gerelateerde verre structuren. De auteurs wijzen de Centaurus-regio zelf aan als een gebied dat specifieke spectrale en afstandsanalyses nodig heeft om overlappende emissies te ontrafelen.

Nieuwskoppen versus natuurkunde

In populaire berichtgeving over het artikel werden soms levendige metaforen gebruikt — "tunnel" of zelfs "interstellaire snelweg" — en dat lokte speculatieve sprongen uit over interstellaire reizen of wormgaten. Die ideeën worden niet ondersteund door de waarnemingen. Doorkruisbare wormgaten blijven speculatieve theoretische constructies die exotische fysica vereisen waarvoor op röntgenkaarten geen bewijs is; de eROSITA-tunnels zijn macroscopische, thermische kenmerken van het interstellair medium, gecreëerd door gewone astrofysische processen. Verantwoorde verslaglegging moet daarom de metaforische taal en de natuurkunde strikt gescheiden houden.

Wat volgt

Bronnen

• Astronomy & Astrophysics (Yeung et al., "The SRG/eROSITA diffuse soft X‑ray background — I. The local hot bubble in the western Galactic hemisphere").
• Persmateriaal van het Max‑Planck-Instituut voor Extraterrestrische Fysica (MPE) over de eROSITA LHB-studie.
• Missiedocumentatie van SRG/eROSITA en instrumentbeschrijvingen.