De ontdekking geeft nieuwe aanwijzingen over wat het proces van reïonisatie in werking stelde.

Toen het heelal nog piepjong was, bestond er alleen neutraal waterstofgas. Maar het proces van reïonisatie bracht daar verandering in. Een paar honderd miljoen jaar na de oerknal werden de eerste sterren, melkwegstelsels en supermassieve zwarte gaten geboren. Astronomen snappen tot op heden nog steeds niet helemaal waar de ongelofelijke hoeveelheid energie die hiervoor nodig is, vandaan kwam. Maar een kijkje terug naar de allereerste sterrenstelsels licht een tipje van de sluier.

Spitzer
Onderzoekers gebruikten in de studie de Spitzer Space telescoop om enkele van de eerste sterrenstelsels in het universum te bestuderen. Spitzer staarde meer dan 200 uur lang naar twee specifieke gebieden in de lucht. Hierdoor kon de telescoop licht verzamelen dat al meer dan 13 miljard jaar lang reisde om ons te bereiken. Het betekent dat de onderzoekers de sterrenstelsels konden zien zoals ze er 1 miljard jaar na de oerknal – of iets meer dan 13 miljard jaar geleden – uitzagen.


Foto gemaakt door de Spitzer Space telescoop met daarop de bestudeerde sterrenstelsels uit de studie. Afbeelding: NASA/JPL-Caltech/ESA/Spitzer/P. Oesch/S. De Barros/I.Labbe

Helder
Met behulp van deze waarnemingen, observeerde het team 135 verre sterrenstelsels. Opvallend genoeg bleken ze allemaal bijzonder helder te zijn in twee specifieke golflengten van infraroodlicht; veel helderder dan onderzoekers tot nu toe hadden voorspeld. Daarnaast bevestigt de studie dat dit geen uitzonderingen zijn, maar dat de sterrenstelsels uit die tijd allemaal veel helderder waren in deze golflengten dan sterrenstelsels die we vandaag de dag aanschouwen.

Sterrenstelsels
Dat deze sterrenstelsels zo helder waren, is een bijproduct van de ongelooflijk grote hoeveelheid ioniserende straling die werd vrijgegeven. De ioniserende straling ging een wisselwerking aan met waterstof- en zuurstofgassen in de vroege sterrenstelsels zelf. Dit impliceert dat deze sterrenstelsels werden gedomineerd door jonge, massieve sterren die voornamelijk uit waterstof en helium bestonden. Hoewel ze ook zware elementen – zoals stikstof, koolstof en zuurstof – bevatten, blijken deze elementen destijds in veel mindere mate aanwezig te zijn geweest in vergelijking met sterren uit onze huidige sterrenstelsels.

De bevindingen impliceren dat de sterrenstelsels dus een hoge niveaus van ioniserende straling uitstootten. Maar was dit genoeg om het koude en neutrale waterstof op te warmen en het proces van reïonisatie in werking te stellen? “Deze resultaten zijn een nieuwe stap in het oplossen van het mysterie van reïonisatie,” zegt onderzoeker Pascal Oesch. “We weten nu dat de fysieke omstandigheden in deze vroege sterrenstelsels heel anders waren dan in die van vandaag de dag.” Echter geeft de studie geen waterdichte verklaring. De James Webb telescoop die waarschijnlijk in 2021 gelanceerd gaat worden, kan de allereerste sterrenstelsels van het universum waarschijnlijk nog veel gedetailleerder bestuderen. En mogelijk zal deze telescoop meer over het ontstaan van het universum prijs geven.