James Webb-telescoop Mogelijk Eerste Sterren van het Universum Ontdekt

De James Webb Ruimtetelescoop heeft mogelijk de eerste generatie sterren, bekend als Populatie III-sterren, ontdekt. Deze sterren kunnen ons meer vertellen over de vorming van sterrenstelsels.

Astronomen die de James Webb-telescoop gebruiken, hebben wellicht enkele van de vroegste sterren in het universum ontdekt. Deze sterren, die bekend staan als Populatie III-sterren, zijn waargenomen in een verre cluster genaamd LAP1-B, gelegen op 13 miljard lichtjaar van de aarde. De resultaten werden op 27 oktober beschreven in het tijdschrift The Astrophysical Journal Letters.

Populatie III-sterren, soms ook wel donkere sterren genoemd, worden verondersteld enkele van de eerste sterren te zijn die zijn gevormd na de Big Bang, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden. Volgens deze theorie vormden waterstof en helium in combinatie met donker materie gigantische sterren met een massa van een miljoen keer die van de zon en een miljard keer zo helder als onze ster.

Er zijn verschillende redenen waarom het team vermoedt dat de sterren die door de JWST zijn waargenomen Populatie III-sterren zijn. Eli Visbal, de hoofdonderzoeker en astrofysicus aan de Universiteit van Toledo in Ohio, verklaarde in een e-mail aan Live Science dat de spectra van de sterren, die hun samenstelling tonen op basis van het licht dat ze absorberen en uitstralen, emissielijnen vertoonden die duiden op veel hoog-energetische fotonen. Dit komt overeen met de voorspellingen voor Populatie III-sterren. De spectra suggereren ook dat de sterren zeer groot zijn — elke ster heeft een massa van ongeveer 100 zonne massa’s — en de massa van de sterren voldoet aan enkele theoretische berekeningen.

“Als het inderdaad Pop III-sterren zijn, dan is dit de eerste detectie van deze primaire sterren,” aldus Visbal.

Echter, in de studie werd opgemerkt dat de JWST eerder al Populatie III-sterren zou hebben gezien. Bijvoorbeeld, peer-reviewed onderzoek in maart 2024 suggereerde dat de telescoop enkele van deze sterren had waargenomen in het sterrenstelsel GN-z11, dat slechts 430 miljoen jaar na de vorming van het universum tot stand kwam.

De nieuwe studie stelt echter dat de detectie van LAP1-B de enige is die aan drie theoretische voorwaarden voor Populatie III-sterren voldoet: het vormde zich in een omgeving met een lage metalen inhoud (waterstof en helium) met een temperatuur die geschikt is voor stervorming; de sterren vormden zich in clusters met lage massa, waarin slechts enkele zeer grote sterren aanwezig waren; en de cluster voldoet aan wiskundige voorwaarden voor de initiële massafunctie, of hoe stermassa’s waren verdeeld binnen een populatie bij hun vorming.

JWST was essentieel voor de observaties, omdat de spiegel van 6,5 meter (21 voet) het mogelijk maakt om vage objecten op ongelooflijke afstanden te observeren. Wat hielp om LAP1-B zichtbaar te maken, was een fenomeen genaamd gravitatielensing, dat optreedt wanneer een zeer massief object, zoals een sterrenstelsel, de ruimte-tijd eromheen buigt terwijl een achtergrondobject zich op de juiste plek bevindt. Terwijl het licht van het verre achtergrondobject door de “vervorming” van het voorgrondobject passeert, wordt het achtergrondlicht vervormd tot ringen of bogen. Dit fenomeen wordt soms een Einstein-ring genoemd, omdat het bevestigt wat Einstein meer dan een eeuw geleden stelde.

In dit geval werd LAP1-B zichtbaar toen een dichterbij gelegen sterrenhoop, genaamd MACS J0416, ervoor langsging en het licht van LAP1-B “lensde”.

JWST maakte ook observaties mogelijk van de emissielijnen van de sterren, die aanvankelijk werden uitgezonden in ultraviolette golflengten, maar later in infrarode golflengten werden uitgerekt door de expansie van het universum. JWST is geoptimaliseerd voor infrarode observaties, waardoor de sterren zichtbaar zijn.

Afgezien van de nieuwheid van deze sterrenontdekking, helpt LAP1-B te demonstreren hoe sterrenstelsels zich hebben ontwikkeld. Omdat Populatie III-sterren naar verwachting zullen ontstaan in kleine structuren van donker materie die ook bouwstenen waren voor grotere sterrenstelsels, “leren ze ons over de vroegste stadia van sterrenstelsels en evolutie — bijvoorbeeld hoe metalen het aanvankelijk ongerepte waterstof- en heliumgas vervuilen.”