Blijkbaar ontstonden die sterren veel eerder dan gedacht.

Wanneer zagen de eerste sterren het levenslicht? En hoe zijn die ontstaan? Het zijn prangende vragen waar astronomen ons helaas nog altijd het antwoord schuldig op moeten blijven. De zoektocht naar de allereerste sterren en sterrenstelsels is dan ook een van de grootste uitdagingen in de astronomie. De vragen kunnen echter wel worden beantwoord. En wel met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop die het heelal kan waarnemen tot vijfhonderd miljoen jaar na de oerknal.

Eerste sterren
In een nieuwe studie besloten onderzoekers op zoek te gaan naar de eerste generatie-sterren in het piepjonge heelal. Wat we weten is dat de eerste sterren die na de oerknal ontstonden, vrijwel volledig uit elementen zoals waterstof, helium en kleine hoeveelheden lithium bestonden. Andere (zwaardere) elementen die we vandaag de dag in sterren aantreffen werden in de kernen van deze eerste sterren geproduceerd en tijdens supernova-explosies de ruimte in geslingerd. De volgende generatie sterren ontstond uit het puin van de eerste generatie en sloten de zwaardere elementen die de eerste generatie sterren had voortgebracht in, terwijl ze zelf ook weer meer zwaardere elementen produceerden. Het betekent dat de chemische samenstelling van de eerste sterren fundamenteel anders was dan die van alle latere sterren.


Oerknal
Met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop – en ondersteunende gegevens van NASA’s Spitzer-ruimtetelescoop en de Chileense Very Large Telescope – speurden onderzoekers het vroege heelal af op zoek naar de eerste generatie-sterren tussen ongeveer 500 miljoen tot 1 miljard jaar na de oerknal. Het team ontwikkelde hiervoor een nieuwe techniek waarbij het licht van heldere sterrenstelsels op de voorgrond werd gedoofd. Hierdoor konden de onderzoekers sterrenstelsels ontdekken met lagere massa’s dan die ooit met Hubble zijn waargenomen. De zoektocht draaide uiteindelijk op niets uit. “We vonden geen bewijs voor de eerste generatie-sterren in dit kosmische tijdsinterval,” zegt onderzoeker Rachana Bhatawdekar.

Deze afbeelding van de Hubble-ruimtetelescoop toont het cluster MACS J0416. Dit is een van de zes clusters die in deze studie onder de loep zijn genomen op zoek naar de eerste generatie-sterren. Afbeelding: NASA, ESA, and M. Montes (University of New South Wales, Sydney, Australia)

De bevindingen zijn veelzeggend. Het betekent namelijk dat de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels veel eerder in het piepjonge heelal plaatsvond dan gedacht. “De resultaten hebben dan ook diepgaande gevolgen,” zegt Bhatawdekar. “Het ondersteunt tevens het idee dat lichte en zwakke sterrenstelsels vroeg in het heelal verantwoordelijk waren voor reïonisatie.”

Meer over reïonisatie
Met de komst van de eerste sterren kwam een einde aan de zogenoemde ‘Dark Ages’ en startte het tijdperk van reïonisatie. De straling van de eerste sterren deed namelijk veel met de omgeving: het zorgde ervoor dat het koude en neutrale waterstof warm en geïoniseerd werd. De periode van reïonisatie in het vroege heelal duidt het moment aan waarin het neutrale intergalactische medium werd geïoniseerd door de eerste sterren en sterrenstelsels.

Dankzij de studie duwen de onderzoekers het ontstaan van de eerste sterren verder op de tijdlijn terug. Hierdoor krijgen onderzoekers steeds beter inzicht in wanneer de eerste sterren zich dan wel moeten hebben gevormd. Dat de eerste sterren eerder zijn ontstaan dan gedacht, is goed nieuws voor de James Webb-telescoop die straks naar de eerste sterren op zoek zal gaan. De telescoop zal ze – aangezien ze jonger zijn dan gedacht – gemakkelijker kunnen vinden. Wanneer de James Webb het luchtruim zal kiezen is nog even koffiedik kijken. Door de uitbraak van het coronavirus besloot NASA de werkzaamheden aan de veelbelovende telescoop op te schorten. Dat de telescoop echter gelanceerd gaat worden, staat buiten kijf. Astronomen hopen dat de telescoop 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.