Je leest:

Sterren schenen al in het piepjonge universum

Sterren schenen al in het piepjonge universum

Astronomen ontdekken zuurstof in een van de verst bekende sterrenstelsels

Auteur: | 23 mei 2018

Met telescopen hebben sterrenkundigen sporen van zuurstof ontdekt in een extreem ver sterrenstelsel dat al bestond toen het universum 500 miljoen jaar oud was. Het geeft een aanwijzing dat er in het buitengewoon jonge universum al sterren schenen.

Het is niet meer dan een vage rode vlek. Maar het representeert een compleet sterrenstelsel, zoals onze eigen Melkweg , met zeker een miljard sterren. Sterrenstelsel MACS 1149-JD1 staat op maar liefst 13,3 miljard lichtjaar afstand en geeft ons een inkijkje in het zeer jonge universum. Het licht heeft er immers 13,3 miljard jaar over gedaan om de aarde te bereiken. Toen het licht werd uitgezonden had het universum een fractie van de huidige leeftijd van 13,8 miljard jaar.

Sterrenstelsel MACS 1149-JD1 op een afstand van 13,3 miljard jaar, gezien door radiotelescoop ALMA. Het is het verste sterrenstelsel waarvan een accurate afstandsbepaling is.

Astronomen zijn verrast nu ze zuurstof in dit sterrenstelsel zien. Het is een stof die normaalgesproken over de loop van miljoenen jaren ontstaat door kernfusie in het binnenste van sterren. Er zijn bovendien vaak meerdere ‘generaties’ van sterren voor nodig. Het zuurstof levert een sterke aanwijzing dat er zo’n 250 miljoen jaar na de oerknal al sterren brandden. De resultaten werden afgelopen week in het wetenschappelijke tijdschrift Nature gepubliceerd.

Impressie van radiotelescoop ALMA-project die bestaat uit 66 grote schotelantennes op de Chileense hoogvlakte.

Geschiedenis van alles

Sterren zijn de alchemisten van het universum. Gestaag veranderen ze de chemische samenstelling van het heelal, door simpele elementen zoals waterstof en helium zó hard samen te drukken dat er zwaardere elementen ontstaan, zoals koolstof, zuurstof en ijzer. Na de vorming van die zwaardere elementen in de sterkern, verspreiden ze zich wanneer de ster door zijn brandstof heen is en als supernova explodeert. Op deze manier ‘verrijken’ sterren hun sterrenstelsels met steeds zwaardere elementen.

Een kaart van de zogenoemde kosmische achtergrondstraling, ook wel de ‘nagloed’ van de oerknal. De oerknal bepaalde in grote mate de chemische begincondities van het heelal: er werd vrijwel alleen maar waterstof (ongeveer driekwart) en helium (een kwart) gevormd.
ESA

Uitgelicht door de redactie

Biologie
Vietnamees dwerghert blijkt toch niet verdwenen

Klimaatwetenschappen
Je bent niet (veel) sneller thuis nu de snelheid wordt verlaagd

Maatschappijwetenschappen
Kom jij nog wel uit je eigen filterbubbel?

Dat verrijkingsproces kost doorgaans veel tijd. Waterstof en helium maken naar schatting nog steeds 98 procent van het universum uit. Slechts zo’n twee procent daarvan is omgezet in zwaardere elementen. Begrijpelijk, want er gaan vaak meerdere ‘levens’ van een ster overheen: nadat materiaal uit geëxplodeerde sterren zich verspreidt, kan het samenballen tot een nieuwe ster, die doorgaans nóg zwaardere elementen maakt.

Het is bijzonder dat astronomen een sterrenstelsel waarnemen dat al 500 miljoen jaar na de oerknal behoorlijke niveaus zuurstof heeft. Het aanwezige zuurstof maakt een accurate afstandsbepaling tot het sterrenstelsel mogelijk. Vervolgens kunnen sterrenkundigen aan de hand van de rest van het sterlicht in het sterrenstelsel bepalen dat de eerste sterren hier al 250 miljoen jaar na de oerknal schenen.

De wetenschappers deden de ontdekking met onder andere radiotelescoop Atacama Large Millimeter Array (ALMA), de Very Large Telescope en ruimtetelescoop Hubble. Daarmee zagen ze de zuurstof als een zeer zwakke gloed. Het gas is zichtbaar als er energierijke straling op valt en het daardoor zelf straling van zeer specifieke golflengtes uitzendt.

Periodiek systeem van de elementen waarin is aangegeven bij welke gebeurtenissen de elementen zijn ontstaan. Waar zeer lichte elementen, zoals waterstof (H) en helium (He), vooral bij de oerknal ontstonden (blauw), vormen en verspreiden zwaardere elementen zich wanneer sterren exploderen (geel, groen), of wanneer neutronensterren samensmelten (paars). Tot slot is er nog een categorie zeer zware elementen die enkel in het laboratorium bestaat.

Eerste sterren

Foto van ruimtetelescoop Hubble van het cluster van sterrenstelsels MACS J1149.5+2223. In het kader is een opname te zien van sterrenstelsel MACS1149-JD1 die is gemaakt door radiotelescoop ALMA.

Wanneer na de oerknal precies de eerste sterren ontstonden is niet duidelijk. Astronomen gaan er vanuit dat er zeker enkele honderden miljoenen jaren overheen gingen voordat het licht aanging in het universum. De aanwijzingen daarvoor komen voor een groot deel uit computermodellen die de ontwikkeling van het jonge universum simuleren. Juist daarom zijn observaties van het verre (en jonge) universum waardevol.

“We zien dat sommige zeer vroege sterrenstelsels vrijwel al hun sterren al ruim binnen de eerste miljard jaar van het universum vormden”, mailt sterrenkundige Edward Taylor van de Australische Swinburne University of Technology, die niet bij dit onderzoek betrokken was. “Maar wanneer ze daarmee begonnen is een lastigere vraag. Was dat al na tientallen miljoenen jaren, of pas na honderden miljoenen jaren? Dit onderzoek geeft een sterke aanwijzing voor het tijdstip van die vroege stervorming.”

Marijn Franx is hoogleraar Extragalactische sterrenkunde van de Sterrewacht Leiden en is ook niet betrokken bij het onderzoek. Hij vindt het een mooie ontdekking. “Het meest belangrijke lijkt mij dat de onderzoekers in staat waren om duidelijke sporen van gas te meten op deze enorme afstand. Er zijn meer metingen nodig om de precieze eigenschappen van het gedetecteerd gas te bepalen, en de sterren die het produceerden.”

Bron

  • Hashimoto T. et al., The onset of star formation 250 million years after the Big Bang, Nature (16 mei 2018), DOI:10.1038/s41586-018-0117-z
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 23 mei 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.