Het James Webb Space Telescope (JWST), dat werkt in het infrarode spectrum, fungeert als een echte sterrenarcheoloog. Met zijn geavanceerde mogelijkheden kan het licht registreren van de vroegste objecten die ooit in ons universum zijn ontstaan. Onlangs heeft het telescoop licht ontdekt dat afkomstig is van de eerste sterren, die kort na de oerknal zijn gevormd.
Wanneer we naar de sterren kijken, kijken we feitelijk terug in de tijd. Licht van onze zon doet er acht minuten over om de aarde te bereiken, wat betekent dat we de zon zoals hij acht minuten geleden was. Dit fenomeen geldt ook voor sterren die verder weg staan, zoals Betelgeuze, die ongeveer 640 lichtjaar van ons verwijderd is. Hierdoor zien we Betelgeuze zoals hij 640 jaar geleden was. Dit soort tijdsafstanden is ook de reden achter speculaties dat Betelgeuze al supernova kan zijn geworden, hoewel we dat nog niet kunnen waarnemen vanwege de afstand en de snelheid van licht.
Het James Webb Telescoop: Een Kosmisch Archeoloog
Het James Webb Telescoop (JWST) is continu bezig met het scannen van de hemel, opzoek naar licht dat sterk roodverschoven is, wat duidt op de meest verre en oudste objecten in het universum. Het licht van de meest verre objecten dat door JWST is waargenomen, is meer dan 15 keer uitgerekt. Door de hoeveelheid roodverschuiving kunnen wetenschappers de afstand en de leeftijd van het licht berekenen, en daarmee ook de afstand en leeftijd van de bron die het licht heeft uitgezonden.
Onlangs zijn er steeds meer berichten verschenen dat JWST de eerste sterren heeft ontdekt, wat een bijzonder intrigerende doorbraak lijkt te zijn. Amerikaanse astronomen van de Universiteiten van Columbia en Toledo bevestigen dat het telescoop deze enorme en kortlevende objecten al heeft gedetecteerd.
De Derde Populatie Sterren
In een artikel gepubliceerd in “The Astronomical Journal Letters” schreven wetenschappers: “We hadden echt de gevoeligheid van JWST nodig. We hadden ook een honderdvoudige vergroting door gravitationele lensing van een cluster van sterrenstelsels tussen ons en het sterrenstelsel LAP1-B nodig.”
De eerste sterren bestonden slechts uit waterstof en helium en hadden enorme massa’s, tot wel 1000 keer die van de zon. Ze hadden een korte levensduur en waren verantwoordelijk voor de vorming van de eerste metalen in het universum. Deze sterren worden aangeduid als de Derde Populatie (POP III). Hoewel deze naam enigszins verwarrend kan zijn, komt deze voort uit de geschiedenis van de astronomie waarin eerdere categorieën, zoals POP I (jonge, metalen sterren) en POP II (oude, metaalarm sterren) zijn vastgesteld.
JWST bestudeerde de POP III sterren in het sterrenstelsel LAP1-B. Het licht van dit sterrenstelsel heeft 13 miljard jaar gereisd voordat het JWST bereikte, wat betekent dat we LAP1-B zien zoals het was slechts 800 miljoen jaar na de oerknal. Dit zou onze eerste kans kunnen zijn om dergelijke oeroude sterren waar te nemen.
Het Einde van de Kosmische Donkere Tijden
JWST observeert het sterrenstelsel LAP1-B uit een tijdsperiode die bekend staat als het “reïonisatie-tijdperk”, waarin ultraviolette straling van de eerste sterren en sterrenstelsels het neutrale waterstof- en heliumgas omvormde tot geladen, oververhitte plasma. Deze periode markeert het einde van de “kosmische donkere eeuwen”.
De POP III sterren zouden zijn ontstaan nog voor deze periode – ongeveer 200 miljoen jaar na de oerknal, toen het universum was uitgezet en voldoende was afgekoeld om elektronen en protonen te laten samenkomen in de eerste waterstofatomen, het lichtste element.
Volgens het standaard kosmologische model ontstaan POP III sterren in zeer kleine structuren van donkere materie, die de bouwstenen zijn van grotere sterrenstelsels. Deze sterren leren ons over de vroegste stadia van de vorming en evolutie van sterrenstelsels en kunnen ook informatie verschaffen over de eigenschappen van donkere materie, omdat alternatieve modellen van donkere materie invloed hebben op waar dergelijke sterren zich vormen, legt Eli Visbal van de Universiteit van Toledo uit.
Waarom zijn POP III Sterren Eerder Niet Ontdekt?
POP III sterren waren moeilijk te detecteren omdat ze meestal zeer vroeg zijn ontstaan, waardoor ze extreem ver weg zijn en in kleine clusters voorkomen. Bovendien, terwijl sterren in tijden van voornamelijk waterstof en helium ontstonden, zouden ze zich duidelijk moeten onderscheiden van de moderne, “metallische” sterren zoals de zon (POP I sterren).
Deze ontdekkingen suggereren ook dat gravitationele lensing een effectieve methode kan zijn voor het zoeken naar nog meer POP III sterren in verre tijdperken, in andere woorden bij hogere roodverschuivingen. Het team is van plan om gedetailleerdere hydrodynamische simulaties uit te voeren over de overgang van POP III naar POP II sterren, om te controleren of ze overeenkomen met de spectra van LAP1-B en vergelijkbare objecten.
