Eerste sterren zijn vroeg ontstaan

Een team onder leiding van Eduardo Bañados van het Max-Planck-Institut für Astronomie heeft een gaswolk op bijna 13 miljard lichtjaar afstand ontdekt die allerlei chemische elementen zwaarder dan helium bevat. Dat betekent dat de vorming van sterren en sterrenstelsels al tijdens de eerste honderden miljoenen jaren na de oerknal op gang kwam.

Bij toeval ontdekt

De gaswolk is bij toeval ontdekt tijdens waarnemingen van een quasar – de extreem heldere kern van een ver sterrenstelsel. De astronomen ontdekten dat het lichtspectrum van deze quasar er nogal merkwaardig uitzag. Daaruit leidden ze af dat het quasarlicht onderweg door een iets nabijer gelegen gaswolk was gegaan.

Daarbij heeft de gaswolk donkere absorptielijnen in het spectrum van de quasar achtergelaten. En dit patroon van absorptielijnen bevat informatie over de chemische samenstelling, temperatuur, dichtheid en zelfs de afstand van de gaswolk.

Illustratie boven: Impressie van de gaswolk die astronomen in de nabijheid van een verre quasar hebben ontdekt. Het gas geeft een beeld van de kosmische chemie slechts 850 miljoen jaar na de oerknal. (Graphics department MPIA)

In het spectrum van de gaswolk zijn sporen van diverse chemische elementen te zien, waaronder koolstof, zuurstof, ijzer en magnesium. De hoeveelheden daarvan zijn weliswaar 800 keer zo klein als in de atmosfeer van onze zon, maar hun onderlinge verhoudingen lijken wel op die van gaswolken die nu nog in de ruimte tussen de sterrenstelsels te vinden zijn.

De chemische verrijking van het gas in het heelal is veroorzaakt door opeenvolgende generaties van sterren. Door middel van kernfusie zetten sterren waterstof en helium om in zwaardere elementen. Dit materiaal wordt bij supernova-explosies over de ruimte, en het daarin aanwezige gas, verspreidt.

Populatie III

De samenstelling van de verre gaswolk kan echter niet zijn veroorzaakt door de allereerste generatie van sterren, die verwarrend genoeg ‘Populatie III’ wordt genoemd. Anders dan alle latere generaties van sterren bevatten deze sterren bij hun ontstaan namelijk alleen waterstof en helium – de enige elementen die bij de oerknal zijn gevormd. Het materiaal dat deze ‘oersterren’ bij hun uiteindelijke supernova-explosies verspreidden had daardoor ook een andere samenstelling dan dat van hun opvolgers.

Het feit dat de gaswolk zware elementen in de ’moderne’ verhoudingen vertoont, toont aan dat de chemische sporen van Populatie III al zijn uitgewist door die van latere generaties van sterren. En dat betekent dat er maar weinig tijd kan hebben gezeten tussen de oerknal en het ontstaan van de eerste generatie van sterren.

Bron:  The Astrophysical Journal, 31 oktober