Fluor gevonden in een sterrenstelsel op 12 miljard lichtjaar afstand

Een nieuwe ontdekking werpt licht op hoe fluor, een element dat in onze botten en tanden als fluoride wordt aangetroffen, in het heelal wordt gemaakt. Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben astronomen van de ESO dit element gedetecteerd in een sterrenstelsel dat zo ver weg is dat het licht er meer dan 12 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. Het is voor het eerst dat fluor is waargenomen in zo’n ver verwijderd sterrenstelsel.

NGP-190387
Deze artist impressie toont NGP-190387, een stervormend , stoffig sterrenstelsel op een afstand van meer dan 12 miljard lichtkaar. ALMA-waarnemingen hebben de aanwezigheid van fluor aangetoond in de gaswolken van NGP-190387. Tot nu toe is dit de meest verre waarneming van dit element in een stervormend sterrenstelsel. De ontdekking werpt nieuw licht over hoe sterren fluor maken waarbij kortlevende Wolf-Rayet sterren de meest waarschijnlijk bron zijn van dit element. Credit: ESO/M. Kornmesser

Fluor kennen we allemaal want de tandpasta die we dagelijks gebruiken bevat het in de vorm van fluoride. Zoals de meeste elementen om ons heen wordt fluor gemaakt in sterren maar astronomen wisten tot nu toe niet eens precies dit element werd geproduceerd en in welk type ster.

De onderzoekers zagen fluor (in de vorm van waterstoffluoride, HF) in de grote gaswolken van het verre sterrenstelsel NGP-190387. We zien dit sterrenstelsel toen het heelal nog pas 1,4 miljard jaar oud was, ongeveer 10% van de huidige leeftijd. De elementen  die sterren in hun kernen maken worden aan het eind van hun leven het heelal in geslingerd. Dit betekent dat de sterren die fluor maakten maar kort hebben geleefd.

De onderzoekers vermoeden dat Wolf-Rayet sterren, hele zware sterren die slechts enkele miljoen jaren leven, de meest waarschijnlijke plekken zijn waar fluor wordt gemaakt. Ze zijn nodig om de waargenomen hoeveelheden waterstoffluoride te kunnen verklaren. Wolf-Rayet sterren zijn al eerder genoemd als mogelijke bronnen van het kosmische fluor maar astronomen wisten tot nut oe niet ze waren voor het produceren van dit element in het jonge heelal.

Naast deze sterren zijn er in het verleden ook andere scenario’s voor hoe fluor wordt gemaakt en verspreid naar voren gebracht. Een voorbeeld is het pulseren van grote volwassen sterren die een massa van verschillende zonsmassa’s, de zogenoemde asymptotische reuzentaksterren. De onderzoekers denken dat deze scenario’s, waarvan er sommigen miljarden jaren nodig hebben om plaats te vinden, de hoeveelheid fluor in NGP-190387 kunnen verklaren.

Voor dit sterrenstelsel duurde het slechts enkele tientallen tot honderden miljoenen jaren om fluorniveaus te hebben die vergelijkbaar zijn met die we vinden in de sterren in ons eigen sterrenstelsel dat 13,5 miljard jaar oud is. De onderzoekers hadden dit resultaat niet verwacht.

De ontdekking van fluor in NGP-190387 is een van de eerste waarnemingen van fluor buiten ons eigen en de omliggende sterrenstelsels. Astronomen hebben het element eerder gevonden in verre quasars. Dit zijn heldere objecten die worden aangedreven door zeer zware zwarte gaten in het centrum van sommige sterrenstelsels. Maar niet eerder werd het element waargenomen in een stervormend sterrenstelsel zo kort na het ontstaan van het heelal.

De detectie van fluor door het team was een toevallige ontdekking die mogelijk werd gemaakt dankzij het gebruik van observatoria in de ruimte en op de grond. NGP-190387, oorspronkelijk gevonden met de Herschel Space Telescope van de ESA en later waargenomen met de i Chili gevestigde ALMA radiotelscoop is buitengewoon helder voor zijn afstand. De ALMA-gegevens bevestigden dat de uitzonderlijke helderheid van NGP-190387 gedeeltelijk werd veroorzaakt door een ander bekend massief sterrenstelsel dat zich tussen NGP-190387 en de Aarde bevindt, zeer dicht bij de gezichtslijn. Dit enorme sterrenstelsel versterkt het licht dat door de onderzoekers werd waargenomen waardoor ze de zwakke straling konden zien die miljarden jaren geleden door het fluor in NGP-190387 werd uitgezonden.

Toekomstige studies van NGP-190387 met de Extremely Large Telescope (ELT) die de ESO momenteel in Chili bouwt en die later dit decennium operationeel wordt, zou verdere geheimen over dit sterrenstelsel kunnen onthullen. ALMA is gevoelig voor straling die door koud interstellair gas en stof wordt uitgevonden. Met de ELT kunnen astronomen NGP-190387 rechtstreeks het licht van sterren bestuderen waardoor ze cruciale informatie krijgen over de stellaire inhoud van dit sterrenstelsel.

Artikel: The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4, 4 November 2021, Nature Astronomy.

Eerste publicatie: 6 november 2021
Bron: ESO