Eerste sterren in het heelal blijven spoorloos

Foto: Artist’s impression van het vroege heelal. Door de uitdijing van het heelal is het uv-licht van de verre, jonge sterrenstelsels verschoven naar het infrarood. (ESA/Hubble, M. Kornmesser)

Nieuw onderzoek met de Hubble-ruimtetelescoop wijst erop dat de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels in het vroege heelal eerder heeft plaatsgevonden dan gedacht. Een Europees onderzoeksteam heeft teruggekeken tot aan het moment dat het heelal nog maar 500 miljoen jaar oud was, maar geen tekenen gevonden van de eerste generatie van sterren, die populatie III wordt genoemd.

Wanneer en hoe de eerste sterren en sterrenstelsels in het het heelal zijn ontstaan is een van de grote vraagstukken van de moderne astronomie. Op zoek naar antwoorden heeft een team onder leiding van Rachana Bhatawdekar van het Europese ruimteagentschap ESA een poging gedaan om die eerste sterren op te sporen. Deze sterren zouden alleen uit waterstof, helium en lithium moeten bestaan – de enige elementen die kort na de oerknal beschikbaar waren. Zwaardere elementen, zoals zuurstof, koolstof en ijzer, zijn later door de sterren van populatie III en hun opvolgers geproduceerd.

Bhatawdekar en haar team speurden het vroege heelal af door de Hubble-ruimtetelescoop op de cluster MACSJ0416 te richten. De sterrenstelsels in deze cluster hebben genoeg massa om het licht van verder weg staande objecten af te buigen en te versterken – een verschijnsel dat het zwaartekrachtlenseffect wordt genoemd. Deze natuurlijke lenzen stellen de ruimtetelescoop in staat om objecten te onderzoeken die normaal gesproken buiten zijn bereik zouden vallen.

Massa-armere sterrenstelsels

Bij het onderzoek maakten Bhatawdekar en haar team gebruik van een nieuwe techniek waarbij het eigen licht van de heldere stelsels die als lenzen fungeren wordt weggepoetst. Op die manier konden de astronomen kleinere, massa-armere sterrenstelsels ontdekken die nog nooit eerder met Hubble waren waargenomen. Het licht van deze stelsels heeft er ruim 13 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken. We kijken dus terug naar een tijd dat het heelal nog geen miljard jaar oud was.

Het gebrek aan sterren van populatie III op deze afstand en de ontdekking van talrijke ‘lichte’ sterrenstelsels doet vermoeden dat het deze laatste zijn geweest die de ‘reïonisatie’ van het heelal hebben veroorzaakt. Het reïonisatietijdperk is de periode waarin het neutrale ondoorzichtige gas dat het heelal vulde door de eerste sterren en sterrenstelsels werd geïoniseerd. Dat maakte een einde aan het zogeheten ‘Dark Age’ (donkere tijdperk).

Verder wijzen de resultaten van het onderzoek erop dat de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels veel eerder heeft plaatsgevonden dan de Hubble-ruimtetelescoop kan waarnemen. De hoop is wat dat betreft nu gevestigd op de James Webb-ruimtetelescoop, die volgend jaar gelanceerd zou moeten worden.