Gemakkelijk wordt het in ieder geval niet.

Het is de droom van menig astronoom: het licht van de eerste sterren in het universum opvangen. We hebben het dan over sterren die zo’n 200 tot 400 miljoen jaar na de oerknal begonnen te stralen. “Kijken naar de eerste sterren en zwarte gaten is al lang een doel binnen de astronomie,” bevestigt onderzoeker Rogier Windhorst. “Zij zullen ons meer vertellen over de eigenschappen van het jonge universum, dingen die we nu alleen nog maar op onze computers kunnen modelleren.”

Zwaartekrachtslens
Astronomen zien dan ook reikhalzend uit naar de James Webb-telescoop; een instrument dat verder dan ooit terug in de tijd kan kijken. Maar zelfs deze machtige telescoop zal zonder hulp niet de eerste sterren in het universum kunnen spotten. Ze staan immers op enorme afstand – meer dan 13 miljard lichtjaar. Het betekent heel concreet dat ook de James Webb zwaartekrachtslenzen nodig heeft om die eerste sterren te kunnen spotten (zie kader).

Een zwaartekrachtslens is eigenlijk niets anders dan een zeer sterk zwaartekrachtsveld dat precies tussen de waarnemer – in dit geval James Webb – en het object dat je wilt spotten in staat. Dat zwaartekrachtsveld versterkt het licht van dat object, waardoor je het beter kunt bestuderen. Zo’n zwaartekrachtsveld kan bijvoorbeeld gegenereerd worden door een zwart gat of sterrenstelsel.

Krachtiger
Zwaartekrachtlenzen worden regelmatig ingezet om objecten op grote afstand van ons te bestuderen. Doorgaans versterken zij het licht van zo’n ver object met een factor tien of twintig. Maar dat is niet genoeg om de eerste sterren te spotten. Daarvoor moet het licht namelijk al snel zo’n 10.000 keer versterkt worden. Kan dat? Ja, zo stellen Windhorst en collega’s nu in een nieuw paper. Het vereist echter een zogenoemde ‘cluster caustic transit‘, hierbij wordt het licht van de eerste ster gedurende een paar maanden enorm versterkt doordat een cluster – een grote verzameling sterrenstelsels – dat veel dichter bij ons in de buurt staat tussen James Webb en die ster door beweegt.

De kans dat die drie – een ster in het piepjonge universum, het cluster en James Webb – netjes uitgelijnd komen te staan, is klein. Maar niet nihil, zo concluderen Windhorst en collega’s. De kans dat we op deze manier een zwart gat in het jonge universum aantreffen, lijkt nog ietsje groter te zijn, omdat de accretieschijf rond zo’n zwart gat langer zichtbaar is dan het licht van de eerste sterren (die maar een kort leven beschoren waren). “We moeten gewoon geluk hebben en deze clusters lang genoeg bestuderen,” stelt Windhorst. In hun paper komen de onderzoekers al met een aantal goede cluster-kandidaten op de proppen. “De astronomie-gemeenschap moet deze clusters tijdens het operationele leven van Webb continu monitoren.”

Over James Webb
Na herhaaldelijk uitstel lijkt het erop dat de James Webb-telescoop nu in 2020 gelanceerd gaat worden. Het is de krachtigste ruimtetelescoop die ooit gebouwd is. Astronomen hopen dat deze meer inzicht geeft in het ontstaan van het universum. Tevens zal deze naar verwachting een grote rol gaan spelen in de zoektocht naar buitenaards leven; de telescoop kan de atmosfeer van exoplaneten uitpluizen en daarin zoeken naar signalen van leven. James Webb wordt gezien als opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop. Deze telescoop werd in 1990 gelanceerd en is nog altijd actief. Zo’n lang werkzaam leven staat James Webb niet te wachten. De telescoop is ontworpen om vijf tot tien jaar onderzoek te doen en zal in het gunstigste geval in ieder geval niet meer dan vijftien jaar meegaan. Met de bouw van de telescoop is rond de acht miljard dollar gemoeid.