Mogelijk zijn aanwijzingen gevonden voor de allereerste sterren in het heelal

Impressie van Pop III sterren. Credit: By NASA/WMAP Science Team

Ze worden Populatie III sterren genoemd, de allereerste sterren in het heelal. Ze bestonden uit de lichtste elementen die het heelal kent, waterstof en helium, elementen die tijdens de oerknal werden gevormd, waar 13,8 miljard jaar geleden het heelal mee ontstond. Er wordt al lang gezocht naar de sterren of naar aanwijzingen voor hun bestaan, maar tot nu toe heeft dat niets concreets opgeleverd. Maar wellicht is daar nu verandering in gekomen, want mogelijk is dat met JWST-JADES (James Webb Space Telescope Advanced Deep Extragalactic Survey) wel gebeurd. In het kader van dat waarneemprogramma hebben ze het sterrenstelsel GN-z11 bestudeerd, een stelsel dat met Hubble is ontdekt en dat jarenland door het leven ging als het verst verwijderde sterrenstelsel in het heelal. Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory en het Kavli Institute for Cosmology van de University of Cambridge) en zijn team hebben in GN-z11 aanwijzingen gevonden voor Pop III sterren, zoals ze kortweg worden genoemd.

Artistieke impressie van GN-z11. Credit: Pablo Carlos Budassi – Wikipedia.

GN-z11 heeft een roodverschuiving van z=10,6034 en dat betekent dat het stelsel al bestond toen het heelal nog maar 400 miljoen jaar oud was, dat was 13,4 miljard jaar geleden. De hypothetische Pop III sterren konden zeer zwaar zijn, tot meer dan duizend zonsmassa per stuk. Ze waren ook zeer heet en met die hitte waren ze in staat om helium in hun nabijheid dubbel te ioniseren, d.w.z. de elektronen er van te verstoten. Vandaar dat ze met Webb op zoek gingen naar de zogeheten HeIIλ640 emissielijn, een lijn die het gevolg is van die dubbele ionisatie. En dan mag die lijn niet vergezeld gaan van lijnen van metalen, elementen zwaarder dan helium, want die waren er toen nog niet. En inderdaad, met Webb’s NIRSpec-IFU (Integrated Field Unit) werd net buiten het centrum van GN-z11 HeIIλ640 gevonden! Zie de grafiek hieronder.

Credit: Maiolino et al. 2024.

De HeII emissie werd onder andere gezien in een wolk van gas ten westen van de kern van GN-z11. In het stelsel is ook CIII waargenomen, dat is dubbel geïoniseerde koolstof, maar in de buurt van de HeII wolk is het zeer gering. Dat zou er op kunnen wijzen dat de helium-ionisatie het werk is van de AGN, van de active galactic nucleus, de kern van GN-z11 waar zich een superzwaar zwart gat bevindt – dus niet het werk van Pop III sterren. Maar een wolk van HeII ten noordoosten van GN-z11 is wel interessant, omdat die wolk (met z∼10,6) wel het werk lijkt te zijn van een lokale bevolking van metaalarme Pop III sterren. Dicht bij de kern kan de AGN de ionisatie verklaren, maar op de afstand van de wolk ten noordoosten van GN-z11 lijkt dat niet het geval te zijn. Er is nog wel één mogelijke spelbreker, die roet in het eten kan gooien: de dubbele ionisatie zou ook kunnen ontstaan door een zogeheten ‘direct collapse black hole‘ (DCBH), een zwaar zwart gat dat ontstaat door de plotselinge gravitationele kollaps van een enorme wolk waterstofgas. Alleen leidt dat tot smallere emissielijnen dan waargenomen, dus vandaar dat ze toch denken aan Pop III sterren.

Meer over de mogelijke ontdekking van de eerste sterren in het heelal vind je in het vakartikel van Roberto Maiolino, JWST-JADES. Possible Population III signatures at z=10.6 in the halo of GN-z11, te publiceren in A&A.

Bron: Universe Today.

Gerelateerde Astroblogs:

Sterrenkundigen bevestigen dat JD1 het allerzwakste sterrenstelsel waargenomen in het vroege heelal is Mogelijk kan de top-10 van verste sterrenstelsels in het heelal weer herzien worden – dankzij Webb/JADES Webb heeft een aanwijzing gevonden voor Populatie III sterren in het oersterrenstelsel GN-z11