Astronomen ontdekken innovatieve methoden om de eerste sterren van het universum te verkennen. Deze sterren zijn te ver weg en te zwak om direct te observeren. Door het onderzoeken van het 21 cm-signaal, een oud radiosignaal dat is achtergelaten door waterstofatomen kort na de Big Bang, openen zich nieuwe mogelijkheden voor ons begrip van het universum.
Het begrijpen van de overgang van volledige duisternis naar het eerste gloren van sterrenlicht is een belangrijke mijlpaal in de kosmische geschiedenis. Deze periode staat bekend als de kosmische dageraad. Echter, zelfs de meest geavanceerde telescopen van vandaag kunnen deze vroege sterren niet rechtstreeks vastleggen, waardoor het ontdekkingsproces van hun fundamentele eigenschappen een van de grootste uitdagingen in de astronomie blijft.
Een team van onderzoekers heeft nu aangetoond dat aanwijzingen over de massa’s van deze eerste sterren te vinden zijn in een specifiek radiosignaal. Dit signaal wordt geproduceerd door waterstofatomen die de ruimte vulden tussen vroegere sterrenformaties en is ongeveer 100 miljoen jaar na de Big Bang ontstaan.
Wetenschappers hebben onderzocht hoe de vroegste sterren en hun resten dit 21 cm-signaal beïnvloeden, en ze tonen aan dat radio-observatoria die binnenkort in gebruik worden genomen, het potentieel hebben om te onthullen hoe het jonge universum zich ontwikkelde van een vrijwel uniforme waterstofwolk naar het rijke universum dat we vandaag de dag observeren.
“Dit is een unieke kans om te leren hoe het eerste licht van het universum uit de duisternis verscheen,” zei medeauteur en astronoom Anastasya Pialkov. “De overgang van een koude, donkere kosmos naar een sterrenrijk universum is een verhaal dat we pas net beginnen te begrijpen.”
Onderzoek naar de eerste generatie sterren van het universum is afhankelijk van het zwakke 21 cm-signaal, een primitieve vorm van energie die meer dan 13 miljard jaar geleden is ontstaan. Dit signaal wordt gevormd door straling van sterren en zwarte gaten en is een van de weinige manieren waarop wetenschappers het universum in zijn vroegste stadia kunnen bestuderen.
REACH, SKA en het Zoeken naar Oud Sterrenlicht
Pialkov leidt de theoretische groep van REACH, een radio-antenne die een van de twee belangrijke projecten is die ons kunnen helpen meer te leren over de kosmische dageraad en het tijdperk van reionisatie, wanneer de eerste sterren opnieuw neutrale waterstofatomen in het universum produceerden.
Hoewel REACH, dat radiogolven opvangt, zich nog in de kalibratiefase bevindt, belooft het waardevolle gegevens te onthullen over het vroege universum. SKA (Square Kilometre Array) is een massief antennenarray in aanbouw die kosmische signaalvariaties over grote gebieden van de lucht zal in kaart brengen.
Beide projecten zijn cruciaal voor het onderzoeken van de massa, helderheid en verdeling van de vroegste sterren in het universum. In het huidige onderzoek hebben Pialkov en haar collega’s een model ontwikkeld dat voorspellingen doet over het 21 cm-signaal voor REACH en SKA, en ze ontdekten dat het signaal gevoelig is voor de massa’s van de eerste sterren.
“We zijn de eerste groep die consistent de afhankelijkheid van het 21 cm-signaal van de massa’s van de eerste sterren in het model heeft verwerkt, inclusief de invloed van UV-sterrenlicht en röntgenstraling uit binaire röntgensystemen die ontstaan wanneer de eerste sterren sterven,” zei Pialkov. “Deze inzichten komen voort uit simulaties die de primordialen omstandigheden van het universum combineren, zoals de waterstof-helium samenstelling die door de Big Bang is geproduceerd.”
Een Statistisch Uitzicht op de Eerste Sterren
In tegenstelling tot optische telescopen zoals de James Webb-telescoop, die live beelden vastleggen, leunt radioastronomie op een statistische analyse van zwakke signalen. REACH en SKA kunnen geen individuele sterren fotograferen, maar geven informatie over verschillende sterpopulaties, binaire röntgensystemen en sterrenstelsels.
“Creëren van een verbinding tussen radiosignalen en het verhaal van de eerste sterren vereist verbeeldingskracht, maar de implicaties zijn diepgaand,” aldus Pialkov.
