Op zoek naar 'as' van de eerste sterren

Sterrenkundigen hebben sporen van grote hoeveelheden ijzer waargenomen in het licht van quasars. Het ijzer kan worden beschouwd als 'as', dat overbleef na supernova-explosies van de eerste generatie sterren. Het is niet precies bekend hoe en wanneer sterrenstelsels, sterren en uiteindelijk ook planeten werden gevormd in het nog jonge heelal.

Astronomen kunnen op deze periode in de tijd terugblikken door objecten waar te nemen, die zo ver staan dat hun licht er aan een snelheid van 300.000 kilometer per seconde miljarden jaren over doet om de aarde te bereiken. Quasars zijn kernen van zeer verwijderde sterrenstelsels. Ze waren nog dus nog zeer jong toen ze het licht uitstraalden dat we nu opvangen.

Grote hoeveelheden ijzer

De waarnemingen leveren aanwijzingen over hoe het er in het pas ontstane heelal aan toe ging. Sterren zijn een soort kerncentrales waarbij lichtere elementen zoals waterstof en helium omgezet worden tot zwaardere elementen zoals stikstof, koolstof en uiteindelijk ook ijzer.

Nieuwe waarnemingen met de NASA/ESA Hubble Space Telescope (HST) wijzen op enorme hoeveelheden ijzer in verre quasars. Daardoor zouden de allereerste sterren in het heelal al 200 miljoen jaar na de Big Bang kunnen zijn ontstaan. Dat is veel vroeger dan tot nu toe werd gedacht, maar in overeenstemming met recente resultaten van de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) van de NASA.

In oktober gebruikte het team van Wolfram Freudling Hubble’s infrarood-instrument NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph) om drie van de verst verwijderde quasars met een roodverschuiving tussen 5,78 en 6,28 waar te nemen.

Goede aanwijzingen

Het licht van deze quasars had er 12,8 miljard jaar over gedaan om de NICMOS-spectrograaf te bereiken en het was er vertrokken 900 miljoen jaar na de Big Bang, of oerexplosie van het heelal. De verkregen spectra van de objecten wezen op grote hoeveelheden ijzer. Voor het eerst werden elementen gevonden die ontstonden bij de eerste generatie sterren.

Wolfram Freudling zegt dat ijzer goede aanwijzingen geeft over de evolutie van een quasar: “IJzer ontstond niet tijdens de Big Bang, maar pas later in sterren. Deze sterren moeten eerst ontstaan, hun brandstof vertstoken en exploderen alvorens we ijzer kunnen waarnemen. Dit proces duurt 500 tot 800 miljoen jaar. We denken dat het ijzer dat we met de Hubble-ruimtetelescoop vonden, ontstaan is in de allereerste generatie sterren die kort na de Big Bang werden geboren.”

De Hubble-ruimtetelescoop draait in een baan om de aarde en zijn positie boven de atmosfeer laat toe het infrarode deel van het spectrum waar te nemen dat op ongeveer 1,6 à 1,7 micron aanwijzingen over ijzer levert. Normaal wordt deze golflengte door de atmosfeer van de aarde geabsorbeerd zodat telescopen op de aarde dit soort waarnemingen niet kunnen uitvoeren.

Ingrediënten voor leven vroeg aanwezig

Is de ontdekking van ijzer zo vroeg na het ontstaan van het heelal dan zo belangrijk?

“Het voorkomen van ijzer, en bijgevolg ook van alle lichtere elementen, toont aan dat de basisingrediënten voor planeten en het ontstaan van leven tenminste al op bepaalde plaatsen, al in een heel jong heelal aanwezig waren. Dat is veel vroeger dan het ontstaan van de aarde 4,6 miljard jaar geleden,” aldus teamlid Michael Corbin.

De resultaten suggereren ook dat de eerste sterren al eerder ontstonden dan de supermassieve zwarte gaten die de quasars van energie voorzien. Andere waarnemingen lieten zien dat de eerste exemplaren daarvan iets vroeger dan 900 miljoen jaar na de Big Bang ontstonden. De eerste sterren zouden er dus al verschillende honderden miljoenen jaren eerder zijn geweest.

Hoe zwarte gaten zelf ontstaan is nog een mysterie, maar de aanwijzingen over de geboortedatum van de eerste sterren kan wel eens een belangrijke sleutel tot de ontrafeling ervan zijn.

13 kaarsjes

Op 24 april was de Hubble Space Telescope 13 jaar in de ruimte. Hij werd in 1990 met de spaceshuttle Discovery in een baan om de aarde gebracht.

Afgelopen dinsdag ging de kijker even in 'winterslaap', nadat één van de geyroscopen was uitgevallen die nodig zijn om de telescoop te stabiliseren. Op woensdag konden de wetenschappelijke waarnemingen alweer worden hervat na inschakeling van een reserve-exemplaar.

Om goed te kunnen functioneren heeft de telescoop drie werkende gyroscopen nodig. Hubble heeft in totaal zes gyroscopen aan boord, die bij onderhoud met een spaceshuttle in december 1999 zijn geïnstalleerd. Daarvan zijn er inmiddels twee defect, zodat er nu nog één werkende reserve is.