Astronomen hebben in onze kosmische omgeving een stellair ‘fossiel’ geïdentificeerd dat een zeldzame blik werpt op de dageraad van het universum. De ster, genaamd SDSS J0715-7334, is opmerkelijk zuiver en bevat vrijwel geen ‘metalen’ – de astronomische term voor elk element dat zwaarder is dan waterstof en helium.
Deze ontdekking is belangrijk omdat het een chemische vingerafdruk oplevert van het allereerste tijdperk van stervorming, waardoor wetenschappers de kloof kunnen overbruggen tussen de oerknal en het complexe, metaalrijke universum waarin we vandaag de dag leven.
De zoektocht naar de eerste generatie
Om te begrijpen waarom deze ster zo bijzonder is, moeten we terugkijken naar het vroege heelal. Na de oerknal was de ruimte een dichte mist van plasma. Pas ongeveer 300.000 jaar later koelde het heelal voldoende af zodat protonen en elektronen neutraal waterstof en helium konden vormen.
Uit deze oergassen werden de allereerste sterren geboren, bekend als Populatie III. Deze sterren waren enorm, leefden ongelooflijk snel en stierven tijdens gewelddadige supernova-explosies. Deze explosies waren de eerste ‘fabrieken’ van het universum, waarbij zwaardere elementen zoals koolstof, zuurstof en ijzer werden gesmeed en over de ruimte werden verspreid.
Omdat Populatie III-sterren zo kort leefden, zijn ze nooit rechtstreeks waargenomen. In plaats daarvan gaan astronomen op zoek naar Populatie II -sterren: oudere sterren met een lage massa die zijn gevormd uit het ‘vervuilde’ gas dat is achtergelaten door de eerste supernova’s. Door deze sterren van de tweede generatie te bestuderen, kunnen wetenschappers achteruit werken om de eigenschappen van de eerste sterren te begrijpen die nu door de tijd verloren zijn gegaan.
Een recordbrekende ontdekking
De ontdekking van SDSS J0715-7334 was bijna toevallig. Tijdens het uitvoeren van routinematige waarnemingen met behulp van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) raakte een team onder leiding van kosmoloog Alexander Ji van de Universiteit van Chicago gefascineerd door de ster. Wat bedoeld was als een observatie van tien minuten, veranderde in een diepe duik van drie uur.
De resultaten waren verbluffend:
– Extreme zuiverheid: De metalliciteit van de ster is slechts 0,005% van die van de zon.
– Recordbrekend laag ijzergehalte: Het ijzergehalte is 40 keer lager dan dat van de vorige recordhouder voor de meest ijzerarme ster die we kennen.
– Koolstoftekort: Het meest opvallende is dat de ster een schrikbarend lage hoeveelheid koolstof bevat.
Een kosmisch koelmysterie oplossen
Het gebrek aan koolstof is het meest intrigerende aspect van deze vondst. In de evolutie van het universum fungeren koolstof en zuurstof als ‘koelmiddelen’. Als gaswolken willen instorten en sterren willen vormen, moeten ze warmte afgeven; koolstof is zeer efficiënt in dit proces.
De chemie van SDSS J0715-7334 suggereert een uniek, tussenliggend vormingsproces:
1. Er was te weinig koolstof voor de standaardkoelingsmethode die door latere sterren werd gebruikt.
2. Er was echter genoeg ‘kosmisch stof’ – de overgebleven as van de eerste Populatie III-supernova’s – om het gas te helpen instorten.
Dit suggereert dat de ster is gevormd in een zeldzaam overgangstijdperk, waarbij kleine hoeveelheden stof werden gebruikt om de geboorte van sterren te vergemakkelijken in een omgeving die nog grotendeels ongerept was.
Waar moet ik nu zoeken
Interessant genoeg lijkt SDSS J0715-7334 niet afkomstig te zijn uit de Melkweg. Zijn beweging doet vermoeden dat het zijn oorsprong vindt in de Grote Magelhaense Wolk, een dwergstelsel dat in een baan om het onze draait.
Dit biedt een nieuwe routekaart voor toekomstig onderzoek. Astronomen geloven dat kleinere satellietstelsels zoals de Magelhaanse Wolken mogelijk een veel hogere concentratie van deze ultra-metaalarme sterren bevatten dan de Melkweg zelf.
“Er moet nog veel gedaan worden om te begrijpen wat er feitelijk aan de hand was in die tijd… We hebben nog maar de oppervlakte bereikt.” — Kevin Schlaufman, Johns Hopkins Universiteit
Conclusie: Door een ster te vinden die bijna volledig uit waterstof en helium bestaat, hebben astronomen een zeldzame chemische brug naar het vroege heelal gevonden, waaruit blijkt hoe de eerste sporen van kosmisch stof de sterren die volgden hielpen vormen.
