Astronomen die de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA gebruiken, hebben in de verre streken van het heelal een sterrenstelsel waargenomen dat minstens 12 keer aan de nachtelijke hemel verschijnt. Dit unieke gezicht, gecreëerd door sterke zwaartekrachtlensing, helpt astronomen een beter begrip te krijgen van het kosmische tijdperk dat bekend staat als het tijdperk van reïonisatie.

Deze nieuwe afbeelding van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA toont een astronomisch object waarvan het beeld wordt vermenigvuldigd door het effect van sterke zwaartekrachtlensvorming. Het sterrenstelsel, bijgenaamd de Zonnestraalboog, is bijna 11 miljard lichtjaar verwijderd van de aarde en is in meerdere beelden opgenomen door een enorme cluster van sterrenstelsels op 4,6 miljard lichtjaar afstand.

De massa van de melkwegcluster is groot genoeg om het licht van het verder afgelegen melkwegstelsel erachter te buigen en te vergroten. Dit proces leidt niet alleen tot een vervorming van het licht van het object, maar ook tot een vermenigvuldiging van het beeld van het van een lens voorziene melkwegstelsel.

In het geval van de Sunburst Arc leidde het lenseffect tot ten minste 12 beelden van de melkweg, verdeeld over vier grote bogen. Drie van deze bogen zijn zichtbaar in de rechterbovenhoek van de afbeelding, terwijl linksonder één tegenboog zichtbaar is - gedeeltelijk verduisterd door een heldere voorgrondster in de Melkweg.

Hubble gebruikt deze kosmische vergrootglazen om objecten te bestuderen die anders te zwak en te klein zouden zijn voor zelfs zijn buitengewoon gevoelige instrumenten. De Sunburst Arc is geen uitzondering, ondanks dat het een van de helderste sterrenstelsels met zwaartekrachtlens is die we kennen.

De lens maakt verschillende beelden van de Sunburst Arc tussen de 10 en 30 keer helderder. Hierdoor kan Hubble structuren met een doorsnede van slechts 520 lichtjaar bekijken - een zeldzame gedetailleerde waarneming voor een object dat zo ver weg is. Dit komt redelijk goed overeen met stervormingsgebieden in sterrenstelsels in het lokale heelal, waardoor astronomen de melkweg en zijn omgeving tot in detail kunnen bestuderen.

Hubble's waarnemingen toonden aan dat de Zonnestraalboog een analogie is van sterrenstelsels die veel vroeger in de geschiedenis van het heelal bestonden:een periode die bekend staat als het tijdperk van reïonisatie - een tijdperk dat slechts 150 miljoen jaar na de oerknal begon.

Het tijdperk van reïonisatie was een sleuteltijdperk in het vroege heelal, een die een einde maakte aan de "donkere eeuwen", het tijdperk voordat de eerste sterren werden geschapen toen het heelal donker was en gevuld met neutrale waterstof. Toen de eerste sterren zich vormden, ze begonnen licht uit te stralen, het produceren van de hoogenergetische fotonen die nodig zijn om de neutrale waterstof te ioniseren.

Dit zette de intergalactische materie om in de grotendeels geïoniseerde vorm waarin het tegenwoordig bestaat. Echter, om intergalactische waterstof te ioniseren, hoogenergetische straling van deze vroege sterren zou hebben moeten ontsnappen aan hun gastheerstelsels zonder eerst te worden geabsorbeerd door interstellaire materie. Tot nu toe is er slechts een klein aantal sterrenstelsels gevonden die hoogenergetische fotonen in de verre ruimte "lekken". Hoe dit licht uit de vroege sterrenstelsels ontsnapte, blijft een mysterie.

De analyse van de Sunburst Arc helpt astronomen om nog een stukje aan de puzzel toe te voegen - het lijkt erop dat op zijn minst enkele fotonen de melkweg kunnen verlaten via smalle kanalen in een gasrijk neutraal medium. Dit is de eerste waarneming van een lang theoretisch proces. Hoewel dit proces waarschijnlijk niet het belangrijkste mechanisme is dat ertoe heeft geleid dat het heelal opnieuw is geïoniseerd, het kan heel goed een beslissende duw hebben gegeven.

Het artikel waarin deze observaties worden beschreven, zal verschijnen in: Wetenschap op 8 november 2019.