Primitieve sterren buiten de Melkweg niet langer verstopt

Na jaren verborgen te hebben gezeten zijn de meest primitieve sterren buiten de Melkweg eindelijk ontdekt. Met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT) is een belangrijke astrofysische puzzel over de oudste sterren in het nabije heelal opgelost. Deze ontdekking is van cruciaal belang voor ons begrip van de vroegste sterren in het heelal.

"We hebben een tekortkoming ontdekt in de opsporingsmethode die tot nu toe werd gebruikt," zegt Else Starkenburg, eerste auteur van een paper over deze studie. "Onze verbeterde aanpak stelt ons in staat om de primitieve sterren te onthullen die verstopt zitten tussen alle andere, gewonere sterren."

Men denkt dat de primitieve sterren zijn gevormd net na de oerknal, 13,7 miljard jaar geleden. Deze sterren worden ‘uiterst metaalarme sterren’ genoemd. Ze bevatten minder dan een duizendste van de hoeveelheid chemische elementen zwaarder dan waterstof en helium die aanwezig is in sterren zoals onze zon [1]. Ze behoren tot een van de eerste generaties sterren in het nabije heelal. Zulke sterren zijn heel zeldzaam en worden voornamelijk waargenomen in de Melkweg.

Kosmologen nemen aan dat grotere sterrenstelsels zoals de Melkweg zijn ontstaan door het samensmelten van kleinere sterrenstelsels. De uiterst metaalarme, primitieve sterren in de Melkweg zouden al aanwezig zijn geweest in de dwergsterrenstelsels waaruit de Melkweg is ontstaan. Ook andere dwergsterrenstelsels zouden zulke uiterst metaalarme sterren bevatten. "Tot nu toe is hier echter nauwelijks bewijs voor gevonden", zegt co-auteur Giuseppina Battaglia. "Grote hemelsurveys lieten de afgelopen jaren zien dat de oudste sterrenpopulaties in de Melkweg en in dwergsterrenstelsels niet met elkaar overeen kwamen, iets wat totaal niet te verwachten viel op basis van kosmologische modellen."

De relatieve hoeveelheid chemische elementen in sterren wordt gemeten met behulp van spectra, die de chemische vingerafdruk van sterren verschaffen [2]. Het Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities Team [3] gebruikte het FLAMES instrument op ESO’s Very Large Telescope om de spectra te meten van meer dan 2000 individuele reuzensterren in vier nabije dwergsterrenstelsels: Fornax, Sculptor, Sextans en Carina. Doordat de dwergsterrenstelsels op 300.000 lichtjaar afstand staan – ongeveer drie keer de grootte van de Melkweg – konden alleen de hoofdkenmerken in het spectrum worden bepaald, vergelijkbaar met een vage, vlekkerige vingerafdruk. Het team ontdekte dat geen van de spectrale vingerafdrukken uit hun uitgebreide verzameling behoorde tot de sterklasse die ze zochten, de zeldzame uiterst metaalarme sterren zoals die in de Melkweg aanwezig zijn.

Het team astronomen rond Starkenburg heeft nieuw licht geworpen op dit probleem door de spectra zorgvuldig te vergelijken met computermodellen. Zij vonden slechts heel kleine verschillen tussen de chemische vingerafdruk van een normale metaalarme ster en een uiterst metaalarme ster. Dit verklaart waarom het met de tot nu toe gebruikte methoden niet is gelukt om de spectra te identificeren.

De astronomen bevestigden ook de bijna oerstatus van enkele uiterst metaalarme sterren, dankzij veel gedetailleerdere spectra verkregen met het UVES-instrument op ESO's Very Large Telescope. "Vergeleken met de vage vingerafdrukken die we eerst hadden, lijken deze spectra op het bekijken van de vingerafdruk door een microscoop", vertelt teamlid Vanessa Hill. "Helaas kan slechts een klein aantal sterren op deze manier worden waargenomen, omdat het uiterst tijdrovend is."

"Drie van de ontdekte uiterst metaalarme sterren in deze dwergsterrenstelsels hebben een relatieve hoeveelheid zware chemische elementen van slechts 1 / 3000 tot 1 / 10.000 van wat is waargenomen in onze zon. Een van deze drie is de meest primitieve ster ooit gevonden buiten de Melkweg" zegt teamlid Martin Tafelmeyer.

"Ons werk heeft niet alleen enkele zeer interessante, eerste sterren in deze sterrenstelsels onthuld, maar het biedt ook een nieuwe, krachtige techniek om meer van zulke sterren aan het licht te brengen," besluit Starkenburg. "Vanaf nu kunnen ze geen verstoppertje meer spelen!"

[1] Volgens de definitie die gebruikt wordt binnen de astronomie zijn ‘metalen’ alle elementen behalve waterstof en helium. Zulke metalen, met uitzondering van een paar lichte chemische elementen, zijn allemaal gemaakt door de verschillende sterrengeneraties.

[2] Zoals elke regenboog laat zien kan wit licht worden opgesplitst in verschillende kleuren. Astronomen splitsen het waargenomen licht van objecten in zijn verschillende kleuren ( of ‘golflengten’). Wij zien bij een regenboog zeven kleuren, terwijl astronomen wel honderden kleuren onderscheiden in een spectrum, een weergave van de verschillende hoeveelheden licht die het object uitstraalt in iedere smalle kleurenband. De details van het spectrum – meer uitgestraald licht op sommige kleuren, minder op andere kleuren - geven informatie over de chemische samenstelling van de materie.

[3] Het Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities Team (DART) bestaat uit leden van instituten uit negen verschillende landen.

Meer informatie: oorspronkelijke ESO bericht.