Hubble doet een verrassende vondst over het jonge heelal

Hubble artist impressie van het jonge heelal
Artist impressie van het jonge heelal. Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser.

Nieuwe resultaten van de Hubble Space Telescope duiden erop dat het ontstaan van de eerste sterren en sterrenstelsels in het jonge heelal veel eerder plaatsvond dan voorheen werd aangenomen. Een Europees team van astronomen heeft geen bewijs gevonden voor de eerste generatie sterren, de zogenaamde Populatie III-sterren, terug in de tijd tot toen het heelal pas 500 miljoen jaar oud was.

Het bestuderen van de allereerste sterrenstelsels blijft een grote uitdaging in de moderne astronomie. We weten niet wanneer de eerste sterren en sterrenstelsels in het heelal ontstonden. Dit zijn vragen die met behulp van langdurige waarnemingen met de Hubble Space Telescope beantwoord kunnen worden. Hubble biedt astronomen een blik op het heelal tot op 500 miljoen jaar na de Oerknal.

Een team Europese astronomen, onder leiding van Rachana Bhatawdekar van de ESA, zette een studie op om de eerste generatie sterren in het jonge heelal te bestuderen. Deze sterren zijn bekend als Populatie III sterren en ze werden gemaakt uit het oermateriaal dat vrijkwam tijdens de Oerknal. Populatie III moeten volledig uit waterstof, helium en lithium bestaan. Dit zijn namelijk de enige elementen te bestonden voordat processen in de kernen van deze sterren zwaardere elementen zoals zuurstof, stikstof, koolstof en ijzer konden maken.

Bhatawdekar en haar team bestudeerden het jonge heelal van ongeveer 500 miljoen tot ongeveer 1 miljard jaar na de Oerknal. Ze deden dit aan de hand van de cluster MACSJ0416 en met behulp van de Hubble Space Telescope (ondersteunt door de Spitzer Space Telescope en de Very Large Telescope van de ESO in Chili). Het team vond geen enkel bewijs voor het bestaan van Populatie III-sterren binnen dit tijdsinterval.

De resultaten zijn bereikt met behulp van de Wide Field Camera 3 en de Advanced Camera for Surveys als onderdeel van het Hubble Frontiers programma. Dit programma (dat in de periode 2012-2017 6 verre clusters van sterrenstelsels bestudeerde) maakte de verste observaties die ooit van clusters en sterrenstelsels die zich achter die clusters bevinden, zijn gedaan. Er werden sterrenstelsels gevonden die 10 tot 100 * zwakker waren dan voorheen zijn waargenomen.

De massa’s van clusters op de voorgrond zijn groot genoeg om licht van ver verwijderde objecten af te bouwen en te vergroten. Op deze manier kon de Hubble ze gebruiken als een kosmisch vergrootglas om objecten te bestuderen die normaal niet zichtbaar zijn.

Bhatawdekar en haar team ontwikkelden een nieuwe techniek die het licht van heldere voorgrond sterrenstelsels die deze zwaartekrachtslenzen vormen, te verwijderen. Dit maakte het mogelijk om sterrenstelsels te vinden met een kleinere massa dan voorheen door de Hubble waargenomen. Deze kleine sterrenstelsels bevinden zich op afstanden  waar het heelal minder dan een miljard jaar oud is.

Op dit punt in de kosmische tijd ondersteunt het gebrek aan bewijs voor exotische stellaire populaties en de identificatie van veel sterrenstelsels met een lage massa de suggestie dat deze sterrenstelsels de meest waarschijnlijke kandidaten zijn voor de reïonisatie van het heelal. Deze reïonisatie in het vroege heelal vindt plaats op het moment dat het neutrale intergalactische medium werd geïoniseerd door de eerste sterren en sterrenstelsels.

Deze resultaten hebben grote astrofysische gevolgen aangezien sterrenstelsels veel eerder moeten zijn ontstaan dan we dachten. Het ondersteunt ook sterk het idee dat lage massa/zwakke sterrenstelsels in het vroege heelal verantwoordelijk zijn voor de reïonisatie.

Deze resultaten ondersteunen ook dat de vroegste vorming van sterren en sterrenstelsels veel eerder plaatsvond dan kan worden onderzocht met behulp van de Hubble Space Telescope. Een de aanstaande James Webb Space Telescope de belangrijke taak om de vroegste sterrenstelsels te gaan vinden én te gaan bestuderen.

Artikel: Evolution of the galaxy stellar mass functions and UV luminosity functions at z=6−9 in the Hubble Frontier Fields

 

Eerste publicatie: 6 juni 2020
Bron: ESA/Hubble