250 tot 350 miljoen jaar na de Oerknal kwamen de eerste sterren

Oerknal - de uitdijing van het heelal
De tijdlijn van het heelal gebaseerd op de oerknal en inflatietheorieën. Credit: NASA/WMAP

De zoektocht om dit belangrijke moment in de geschiedenis van het heelal te zien is al tientallen jaren een heilige graal in de astronomie. We bestaan uit materiaal dat door sterren is gemaakt dus in zekere zin is dit de zoektocht naar onze eigen oorsprong.

De zogenoemde kosmische dageraad, toen sterren voor het eerst ontstonden, vond 250 tot 350 miljoen jaar na het begin van het heelal plaats. Dit schrijven astronomen van de universiteit van Cambridge en het University College London (UCL) in een onlangs verschenen artikel.

Dit onderzoek, gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, suggereert dat de James Webb Space Telescope van de NASA die dit najaar wordt gelanceerd, gevoelig genoeg is om de geboorte van sterrenstelsels direct waar te nemen.

De astronomen onderzochten zes van de meest afgelegen sterrenstelsels die momenteel bekend zijn en waarvan het licht het grootste deel van de levensduur van het heelal heeft gereisd om ons te bereiken. Ze ontdekten dat de afstand van deze sterrenstelsels tot de Aarde overeenkwam met een terugkijktijd van meer dan 13 miljard jaar. Toen was het heelal pas 550 miljoen jaar oud.

De onderzoekers analyseerden afbeeldingen van de Hubble en Spitzer Space Telescopes en ze berekenden daaruit dat de leeftijd van deze sterrenstelsels varieerde van 200 tot 300 miljoen jaar.

Hoofdauteur Dr. Nicolas Laporte van de universiteit van Cambridge schrijft dat theoretici speculeren dat het heelal de eerste paar honderd miljoen jaar van zijn bestaan, voordat de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden, een donkere plek was. Getuige zijn van het moment waarop het heelal voor het eerst baadde in sterlicht is een grote zoektocht in de astronomie.

De waarnemingen van de onderzoekers geven aan dat de kosmische dageraad plaatsvond tussen 250 en 350 miljoen jaar na het begin van het heelal en op het moment van hun ontstaan zouden sterrenstelsels zoals degene die men waarnam voldoende licht hebben gegeven om te worden gezien met de James Webb Space Telescope.

De onderzoekers analyseerden sterlicht van de sterrenstelsels zoals vastgelegd door de Hubble en Spitzer ruimtetelescopen waarbij ze een marker in hun energieverdeling onderzochten die indicatief was voor de aanwezigheid van atomaire waterstof in hun stellaire atmosferen. Dit geeft een schatting van de leeftijd van de sterren die ze bevatten.

Deze waterstofsignatuur neemt in kracht toe naarmate de sterrenpopulatie ouder wordt maar neemt af wanneer het sterrenstelsel ouder is dan 1 miljard jaar. De leeftijdsafhankelijkheid ontstaat doordat de zwaardere sterren die bijdragen aan dit signaal hun nucleaire brandstof sneller verbranden en dus eerder sterven.

Deze leeftijdsindicator wordt gebruikt om sterren in onze eigen nabijheid te dateren maar kan ook gebruikt worden om extreem ver verwijderde sterrenstelsels te dateren die uit de begintijd van het heelal stammen. Aan de hand van deze leeftijdsindicator concluderen de onderzoekers dat de onderzochte sterrenstelsels tussen de 200 en 300 miljoen jaar oud zijn.

Bij het analyseren van de gegevens van Hubble en Spitzer moesten de onderzoekers de roodverschuiving van elk sterrenstelsel schatten. Deze roodverschuiving geeft hun kosmologische afstand aan en dus de terugbliktijd waarop ze worden waargenomen. Om dit te bereiken voerden ze spectroscopische metingen uit met behulp van een groot arsenaal van telescopen op de grond: de Very Large Telescope, de twee Keck telescopen, de Gemini South telescoop en de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array.

Dankzij deze metingen kon het team bevestigen dat het kijken naar deze sterrenstelsels overeenkwam met terugkijken naar een tijd waarin het heelal pas 550 miljoen jaar oud was.

In het afgelopen decennium hebben astronomen de grenzen verlegd van wat we kunnen waarnemen tot een tijd waarin het heelal slechts 4% van zijn huidige leeftijd heeft. Door de beperkte transparantie van de atmosfeer van de Aarde en de mogelijkheden van de Hubble en Spitzertelescopen hebben ze echter wel hun grens bereikt.

Astronomen wachten nu reikhalzend op de lancering van de James Webb Space Telescope die volgens hun in staat is om direct getuige te zijn van de kosmische dageraad.

Deze door NASA-geleide James Webb Space Telescope, de opvolger van de Hubble Space Telescope, zal naar verwachting in november worden gelanceerd. Het zal het belangrijkste observatorium voor de komende decades worden.

Rechtstreekse download van het artikel (pdf)

Eerste publicatie: 29 juni 2021
Bron: Sci-News en anderen