Persbericht

Astronomen ontdekken verre gaswolken met restanten van de eerste sterren

3 mei 2023

Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van ESO hebben onderzoekers voor het eerst de vingerafdrukken gevonden die zijn achtergelaten door de explosies van de eerste sterren in het heelal. Ze hebben drie verre gaswolken ontdekt waarvan de chemische samenstelling overeenkomt met wat we van deze eerste sterexplosies verwachten. Deze bevindingen brengen ons een stap dichter bij het begrijpen van de aard van de eerste sterren die na de oerknal werden gevormd.

‘Voor de allereerste keer hebben we de chemische sporen kunnen identificeren van de explosies van de eerste sterren in zeer verre gaswolken’, zegt Andrea Saccardi, promovendus aan het Observatoire de Paris – PSL, die leiding gaf aan dit onderzoek tijdens zijn masterscriptie aan de Universiteit van Florence.

Onderzoekers denken dat de eerste sterren in het heelal heel anders waren dan de huidige. Toen ze 13,5 miljard jaar geleden op het kosmische toneel verschenen, bevatten ze alleen waterstof en helium, de eenvoudigste chemische elementen in de natuur [1]. Deze sterren, waarvan wordt aangenomen dat ze tientallen of honderden keren zoveel massa hadden als onze zon, kwamen al snel aan hun einde bij hevige explosies die supernova’s worden genoemd. Daarbij verrijkten zij het omringende gas voor het eerst met zwaardere elementen. Uit dit verrijkte gas werden latere generaties sterren geboren, die op hun beurt ook weer zwaardere elementen uitstootten toen zij stierven. Maar de allereerste sterren zijn allang verdwenen, dus hoe kunnen onderzoekers dan meer over hen te weten komen? ‘Oersterren laten zich indirect onderzoeken door de chemische elementen te detecteren die zij na hun dood in hun omgeving hebben verspreid,’ zegt Stefania Salvadori, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Florence en medeauteur van de studie die vandaag in The Astrophysical Journal is gepubliceerd.

Aan de hand van gegevens die met ESO’s VLT in Chili zijn verzameld, heeft het team drie zeer verre gaswolken ontdekt, die we waarnemen op een moment dat het heelal nog maar tien tot vijftien procent van zijn huidige leeftijd had, en waarvan de chemische vingerafdrukken overeenkomen met wat astronomen van de explosies van de eerste sterren verwachten. Afhankelijk van de massa’s van deze vroege sterren en de energie van hun explosies, kwamen bij deze eerste supernova’s verschillende chemische elementen vrij, zoals koolstof, zuurstof en magnesium, die in de buitenste lagen van sterren voorkomen. Maar sommige van deze explosies waren niet krachtig genoeg om nog zwaardere elementen zoals ijzer, dat alleen in de kernen van sterren voorkomt, over hun omgeving te verspreiden. Omdat de aanwezigheid van ijzer in de resulterende gaswolken het moeilijk zou maken om er zeker van te zijn dat het materiaal echt ongerept was, zocht het team alleen naar verre gaswolken die arm zijn aan ijzer, maar rijk aan de overige elementen: de overblijfselen van de laagenergetische explosies. En met succes: ze vonden drie verre wolken in het vroege heelal met heel weinig ijzer, maar veel koolstof en andere elementen – de vingerafdruk van de explosies van de allereerste sterren.

Deze eigenaardige chemische samenstelling is ook waargenomen bij veel oude sterren in ons eigen Melkwegstelsel, die onderzoekers beschouwen als sterren van de tweede generatie die rechtstreeks uit de ‘as’ van de eerste zijn ontstaan. Bij het nieuwe onderzoek is zulke as opgespoord in het vroege heelal, en daarmee is een ontbrekend stukje aan de puzzel toegevoegd. ‘Onze ontdekking opent nieuwe wegen om indirect de aard van de eerste sterren te bestuderen, en vormt daarmee een belangrijke aanvulling op studies van sterren in ons Melkwegstelsel,’ legt Salvadori uit.

Om deze verre gaswolken op te sporen en te bestuderen, maakte het team gebruikt van kosmische lichtbakens die quasars worden genoemd. Dat zijn zeer heldere bronnen die worden aangedreven door superzware zwarte gaten in de centra van verre sterrenstelsels. Tijdens zijn reis door het heelal passeert het licht van een quasar gaswolken die elk hun eigen chemische vingerafdruk in het quasarlicht achterlaten. 

Om deze chemische afdrukken op te sporen, analyseerde het team gegevens van verschillende quasars die zijn waargenomen met het X-shooter-instrument van de VLT. X-shooter splitst licht in een extreem breed scala van golflengten, oftewel kleuren, wat hem bij uitstek geschikt maakt voor het identificeren van tal van chemische elementen in verre gaswolken.

Dit onderzoek opent nieuwe vensters voor de volgende generatie telescopen en instrumenten, zoals ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope (ELT) en diens hoge-resolutie ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES). ‘Met ANDES op de ELT zullen we veel van deze zeldzame gaswolken in meer detail kunnen bestuderen, en eindelijk de geheimzinnige aard van de eerste sterren kunnen blootleggen,’ concludeert Valentina D’Odorico, onderzoeker aan het Nationaal Instituut voor Astrofysica in Italië en medeauteur van de studie.

Noten

[1] Minuten na de oerknal waren de drie lichtste elementen – waterstof, helium en lithium (de laatste in zeer geringe hoeveelheden) – de enige in het heelal. Zwaardere elementen zijn pas veel later in sterren gevormd.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in een artikel dat in The Astrophysical Journal verschijnt (doi: XXXXX).

Het onderzoeksteam bestaat uit Andrea Saccardi (Observatoire de Paris, Université PSL, Frankrijk; Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universiteit van Florence, Italië [UFlorence]), Stefania Salvadori (UFlorence; INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italië), Valentina D’Odorico (Scuola Normale Superiore, Italië; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Italië [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Italië [IFPU]), Guido Cupani (INAF Trieste; IFPU), Michele Fumagalli (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Universiteit van  Milaan Bicocca, Italië; INAF Trieste), Trystyn A.M. Berg (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Universiteit van Milaan Bicocca, Italië), George D. Becker (Department of Physics & Astronomy, University of California, VS), Sara Ellison (Department of Physics & Astronomy, University of Victoria, Canada), Sebastian Lopez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chili).

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s  Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals surveytelescopen zoals VISTA. Ook zal ESO op Paranal de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’  – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.

Links

•           Onderzoeksartikel

•           Foto’s van de VLT

•           Voor journalisten: abonneer je op persberichten in je eigen taal

•           Voor wetenschappers: heb je een verhaal? Promoot je onderzoek!

Contact

Andrea Saccardi
GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS
Paris, France
Mob: +39 3408796870
E-mail: andrea.saccardi@observatoiredeparis.psl.eu

Stefania Salvadori
University of Florence
Florence, Italy
Tel: +39 055 2755222
E-mail: stefania.salvadori@unifi.it

Valentina D’Odorico
INAF Osservatorio Astronomico di Trieste
Trieste, Italy
Tel: +39 040 3199217
E-mail: valentina.dodorico@inaf.it

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6176
E-mail: press@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media