Astronomen vinden grote hoeveelheden zuurstof in de atmosfeer van een oude ster

supernova explosie
Artist impression van een supernova explosie. Credit: NASA

Een internationaal team van astronomen van de universiteit van Californië, het Institutio de Astrofísica de Canarias (IAC) en de universiteit van Cambridge heeft grote hoeveelheden zuurstof in de atmosfeer van een van de oudste en van andere elementen ontdane sterren gevonden die we kennen. Het gaat om de “primitieve ster” J0815+4729.

Het onderzoek is verricht m.b.v. de Keck telescopen op Mauna Kea op Hawaii. Ze hebben de telescoop gebruikt om de chemische samenstelling van de ster te bepalen. De bevindingen geven belangrijke aanwijzingen over hoe zuurstof en andere belangrijke elementen in de eerste generatie sterren van het heelal werden geproduceerd.

De resultaten werden op 21 januari 22020 gepubliceerd in het tijdschrift The Astrophysical Letters.

Het onderzoeksteam is blij met de resultaten want de oude sterren kunnen ons iets leren over de omstandigheden in het jonge heelal. Ze hopen meer van dergelijke onderzoeken te kunnen doen zodat ze veel beter de verspreiding van zuurstof en andere elementen door het jonge heelal kunnen leren begrijpen.

Zuurstof is, na waterstof en helium, het meest voorkomende element in het heelal. Het is essentieel voor alle levensvormen op Aarde. Het is de chemische basis voor ademhaling en het is een van de bouwstenen van koolhydraten. Het is ook het hoofdbestanddeel in de korst van de Aarde. Echter in het jonge heelal kwam geen zuurstof voor. Het is ontstaan door middel van kernfusiereacties in de kernen van zware sterren, sterren die een massa van 10 zonsmassa of meer hebben.

Om de productie van zuurstof en andere elementen in het jonge heelal te kunnen traceren moeten astronomen hele oude sterren bestuderen. J0818+4729 is zo’n oude ster. De ster bevindt zich in het sterrenbeeld Lynx op een afstand van ongeveer 5000 lichtjaar van de Aarde.

Sterren als J0815+4729 worden halo sterren genoemd. Dat heeft te maken met hun ruwweg bolvormige verdeling rond ons sterrenstelsel. De sterren die zich in de schijf bevinden, waaronder ook onze Zon, zijn veel jonger. De halo sterren geven astronomen een beeld van de productie van elementen in de vroege geschiedenis van het heelal.

Het onderzoeksteam gebruikte de High-Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) van de 10 meter Keck I-telescoop. De data werden verkregen door meer dan 5 uur achter elkaar de ster waar te nemen. Deze gegevens werden gebruikt om de hoeveelheden van 16 chemische elementen in de atmosfeer van de ster te bepalen, waaronder dus ook zuurstof.

Uit de primitieve samenstelling van de ster is af te leiden dat die is ontstaan tijdens de eerste honderden miljoenen jaren na de Oerknal. Mogelijk uit materiaal van de eerste supernova’s die in ons sterrenstelsel plaatsvonden.

De HIRES-data van de Keck onthulden dat de ster een erg ongebruikelijke chemische samenstelling heeft. Er komen relatief grote hoeveelheden koolstof, stikstof en zuurstof voor, ongeveer 10, 8 en 3 procent van de hoeveelheden die de Zon heeft maar andere elementen zoals calcium en ijzer komen in hoeveelheden van slechts een miljoenste van de hoeveelheden in de Zon voor.

Er zijn maar een paar sterren in onze halo bekend maar geen van die sterren bevat zulke grote hoeveelheden koolstof, stikstof en zuurstof vergeleken ten opzichte van hun hoeveelheid ijzer.

Om dit soort sterren te kunnen vinden moeten astronomen speciale projecten opstarten die honderdduizenden sterspectra onderzoeken in de hoop om zeldzame bronnen zoals J0815+4729 te vinden. Hierna kunnen er vervolgwaarnemingen worden gedaan om de chemische samenstelling te bepalen. J0815+4729 werd als eerste gevonden met behulp van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en in 2017 door het IAC-team gekarakteriseerd met behulp van de Gran Telescopio Canarias op La Palma.

Dertig jaar geleden werd er al door het IAC begonnen met het bestuderen van zuurstof in de oudste sterren van ons sterrenstelsel. Hun resultaten hadden al uitgewezen dat tijdens de eerste supernova’s zuurstof op enorm grote schaal was geproduceerd. Echter men had nooit verwacht een ster te vinden met dergelijke hoeveelheden zuurstof.

Bron: keckobservatory.org

Eerste publicatie: 3 februari 2020
Bron: AstroWatch