Onderzoekers die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruikten, hebben met succes een radio-gat rond een cluster van sterrenstelsels op 4,8 miljard lichtjaar afstand in beeld gebracht. Dit is de afbeelding met de hoogste resolutie die ooit is gemaakt van een dergelijk gat, veroorzaakt door het Sunyaev-Zel'dovich-effect (SZ-effect). De afbeelding bewijst het hoge vermogen van ALMA om de distributie en temperatuur van gas rond clusters van sterrenstelsels te onderzoeken door middel van het SZ-effect.

Een onderzoeksteam onder leiding van Tetsu Kitayama, Toho-universiteit, Japan, en Eiichiro Komatsu, Max Planck Instituut voor Astrofysica, Duitsland, gebruikte ALMA om het hete gas in een cluster van sterrenstelsels te onderzoeken. Het hete gas is een belangrijk onderdeel om de aard en evolutie van clusters van sterrenstelsels te begrijpen. Ook al zendt het hete gas zelf geen radiogolven uit, die met ALMA aantoonbaar zouden zijn, het gas verstrooit de radiogolven van de kosmische microgolfachtergrond en maakt een "gat" rond de melkwegcluster. Dit wordt het Sunyaev-Zel'dovich-effect genoemd (noot).

Het team observeerde de melkwegcluster RX J1347.5-1145 op een afstand van 4,8 miljard lichtjaar. Deze cluster van sterrenstelsels staat bij astronomen bekend om zijn sterke SZ-effect en is vele malen waargenomen met radiotelescopen. Deze waarnemingen onthulden een ongelijkmatige verdeling van het hete gas in deze cluster van sterrenstelsels, die niet werd gezien in röntgenwaarnemingen. Astronomen hadden daarom waarnemingen met een hogere resolutie nodig; deze echter, waren moeilijk te verkrijgen met radio-interferometers met hoge resolutie, aangezien het hete gas in clusters van sterrenstelsels relatief glad en wijdverspreid is.

ALMA gebruikte de Atacama Compact Array om dit probleem op te lossen, die een breder gezichtsveld biedt met zijn antennes met een kleinere diameter en de dicht opeengepakte antenneconfiguratie. Door gebruik te maken van de gegevens van de Morita Array, astronomen kunnen de radiogolven nauwkeurig meten van objecten die zich over een grote hoek aan de hemel uitstrekken. Met ALMA, het team verkreeg zo een SZ-effectbeeld van RX J1347.5-1145, met tweemaal de resolutie en tien keer betere gevoeligheid dan eerdere waarnemingen. Dit is de eerste afbeelding van het SZ-effect met ALMA.

"De nieuwe ALMA-waarneming bevestigt niet alleen de eerdere waarnemingen, maar geeft ook een beeld met de hoogste resolutie en hoogste gevoeligheid, die een nieuw tijdperk van SZ-wetenschap zal openen, Eiichiro Komatsu merkt op. "De discrepantie tussen radio- en röntgenwaarnemingen leidt ons tot de conclusie dat dit cluster een gewelddadige fusie ondergaat, en we denken dat er een klomp gas is die ongelooflijk heet is."

De kosmische microgolfachtergrond (CMB) is de overblijfselstraling van de oerknal en de radiogolven ervan bereiken ons vanuit elke richting. Wanneer CMB-radiogolven door het hete gas in een cluster van sterrenstelsels gaan, de radiogolven interageren met hoogenergetische elektronen in het hete gas en winnen energie. Als resultaat, de straling wordt verschoven van radiogolven naar hogere energie. Observeren vanaf de aarde, de CMB in het oorspronkelijke energiebereik heeft minder intensiteit in de buurt van de melkwegcluster. Dit wordt het "Sunyaev-Zel'dovich-effect genoemd, " voor het eerst voorgesteld door Rashid Sunyaev (nu directeur van het Max Planck Instituut voor Astrofysica) en Yakov Zel'dovich in 1970.