Astronomen ontdekken een van de oudste sterren van ons sterrenstelsel

kaart van ons melkwegstelsel gemaakt door de Europese GAIA
Deze kaart die is gemaakt in het eerste jaar van de GAIA-missie toont sterren in ons eigen sterrenstelsel maar ook in naburige sterrenstelsels. Credit: ESA/Gaia/DPAC

Moderne kosmologische modellen zeggen dat het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar geleden begon met de Oerknal. Deze oerknal werd gevolgd door een periode dat het heelal groeide en afkoelde. Tijdens deze periode ontstonden uit protonen en elektronen de eerste waterstofatomen en ontstonden de fundamentele natuurkundige krachten. Ongeveer 100 miljoen jaar na de Oerknal ontstonden de eerste sterren en sterrenstelsels.

Het ontstaan van de eerste sterren maakte het ook mogelijk dat er zwaardere elementen ontstonden en dat er planeten konden ontstaan en leven zoals wij dat kennen. Echter, tot nu toe weten astronomen alleen maar via theoretische modellen hoe dit allemaal plaatsvond. Ze wisten niet waar de oudste sterren in ons sterrenstelsel zijn te vinden. Maar dankzij een nieuw onderzoek dat door een team van Spaanse astronomen is uitgevoerd hebben we wel een van de oudste ster van ons sterrenstelsel gevonden.

Het onderzoek is getiteld “J0815+4729: A chemically primitive dwarf star in the Galactic halo observed with the Gran Telescopio Canarias”, en is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift The Astrophysical Journal Letters. Het onderzoek werd geleid door David Aguado van het Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) en onder de teamleden bevonden zich ook leden van de Universiteit van Laguna en de Spaanse Nationale Onderzoeksraad (CSIC).

De ster bevindt zich op een afstand van ongeveer 7500 lichtjaar van de Zon en werd gevonden in de halo van ons sterrenstelsel in de richting van het sterrenbeeld Lynx. De ster is bekend als J0815+4719. De ster bevindt zich nog steeds op de hoofdreeks. Het is een ster met een massa van ongeveer 0,7 zonsmassa en een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 5900 °C. Dit is een beetje meer dan de oppervlaktetemperatuur van onze Zon die ongeveer 5500 °C bedraagt.

Het onderzoeksteam zocht naar metaalarme sterren omdat dit er op kan wijzen dat het sterren zijn die zich al heel lang op de hoofdreeks bevinden. Het team selecteerde J0815+4729 uit de Sloan Digital Sky Survey-III Baryon Oscillation Sectroscopic Survey (SDSS-III/BOSS) en deed daarna nieuwe spectroscopische waarnemingen om de samenstelling te kunnen bepalen. Uit de samenstelling is dan weer de leeftijd vast te stellen.

Deze vervolgonderzoeken werden uitgevoerd met de ISIS (Spectrograph and Imaging System) van de William Herschel Telescope (WHT) en de OSIRIS (Optical System for Imaging and low-intermediate Resolution Integrated Spectroscopy) van de Gran Telescopio Canarias (GTC). Beide telescopen maken onderdeel uit van de Observatorio del Roque de los Muchachos op La Palma.

Gran Telescopio Canarias
De Gran Telescopio Canarias op het Spaanse eiland Las Palmas dat deel uit maakt van de Canarische Eilanden. Credit: Wikimedia Commons (CC BY-SA 2.5)

Overeenkomstig met wat de huidige theorie voorspelt werd de ster gevonden in de galactische halo. Dit is het deel van ons sterrenstelsel voorbij de galactische schijf (in het zichtbare deel van het spectrum). In dit gebied moeten zich de oudste en metaal-armste sterren van een sterrenstelsel bevinden en het is dan ook daarom dat de astronomen ervan overtuigd waren dat men daar een ster kon vinden die stamde uit de begintijd van het heelal.

Zoals een van de teamleden het uitlegde in een persbericht: de theorie voorspelt dat deze sterren materie bevatten van de allereerste supernova’s en die supernova’s waren afkomstig van de eerste zware sterren in het heelal. Deze supernova’s vonden ongeveer 300 miljoen jaar na de Oerknal plaats. Ondanks de leeftijd en de afstand kunnen we ze deze oude sterren nog steeds waarnemen.

Spectra die waren verkregen met behulp van ISIS en Osiris bevestigden dat de ster inderdaad heel weinig metalen bevat. J0815+4729 bevat ongeveer een miljoenste van de hoeveelheid calcium en ijzer vergeleken met onze Zon. Daarnaast vonden de astronomen ook dat de ster meer koolstof bevat dan de Zon. Ongeveer 15% van de ster zou koolstof zijn.

Samengevat denkt het onderzoeksteam dat J0815+4729 de meest metaalarme en koolstofrijke ster is die we momenteel kennen. Het was een lastige zoektocht naar de ster want ze is heel erg lichtzwak en daarnaast was ze begraven in een enorme berg data van het SDSS/BOSS-archief.

Zoals een van de andere onderzoekers aangeeft: De ster bevindt zich in de enorme database van het BOSS-project en is samen met een miljoen andere spectra door het onderzoeksteam bestudeerd. Dat kostte veel waarneemtijd maar ook veel rekenkracht. Daarnaast moesten er hoge-resolutie spectroscopen en grote telescopen ingezet worden om de chemische samenstelling van de ster goed te kunnen bepalen. Deze samenstelling hebben astronomen nodig omdat ze hiermee de allereerste supernova’s en de sterren die deze hebben veroorzaakt, beter kunnen leren begrijpen.

Het onderzoeksteam denkt dat in de nabije toekomst een nieuwe generatie spectroscopen het mogelijk maakt om verder onderzoek te doen over de samenstelling van de ster. Eén van deze instrumenten is de HORS hoge-resolutiespectrograaf die momenteel wordt getest met de Gran Telescopio Canarias (GTC).

Het waarnemingen van lithium geeft volgens het onderzoeksteam belangrijke informatie over de kernfusieprocessen tijdens de Oerknal. De HORS en andere instrumenten die momenteel worden ontwikkeld en gebouwd kunnen gedetailleerd de chemische samenstelling van sterren als J0815+4719 bepalen.

Deze toekomstige onderzoeken zullen astronomen en kosmologen belangrijke informatie verschaffen over de samenstelling van het heelal kort na de Oerknal. Ze kunnen sterren bestuderen die zijn ontstaan in de periode dat het heelal zich nog aan het ontwikkelen was en ze kunnen nieuwe dingen leren over de vroege stadia van het heelal en het ontstaan van de allereerste sterren en de eigenschappen van de allereerste supernova’s. Met andere woorden: ze komen een stap verder in het onderzoeken van de evolutie en het ontstaan van het heelal.

Meer informatie: IAC, The Astrophysical Journal Letters

Eerste publicatie: 3 februari 2018
Bron: UniverseToday