Het vroege stadium van de vorming van het universum blijft grotendeels een mysterie voor de moderne wetenschap. Maar in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature, hebben onderzoekers een overtuigend argument gemaakt voor wanneer precies de allereerste sterren begonnen te ontstaan. Na de oerknal, ongeveer 13,7 miljard jaar geleden, was het universum donker, heet en gevuld met hoogenergetische elementaire deeltjes. Na 380.000 jaar is het universum voldoende afgekoeld om fotonen te laten bestaan. Het was toen dat de eerste kosmische microgolfachtergrond (CMB) verscheen, waardoor wetenschappers meer te weten konden komen over de oorsprong van het universum.
De onderzoekers suggereerden dat door de intensiteit van de kosmische microgolfachtergrond te onderzoeken, het mogelijk is om het moment vast te stellen waarop de eerste sterren zich begonnen te vormen. Wanneer sterren zich beginnen te vormen, verwarmen ze het waterstofgas dat het universum doordringt. Naarmate het gas opwarmt, neemt het CMB op, waardoor de intensiteit afneemt. Dergelijke afwijkingen zijn met traditionele telescopen onmogelijk te detecteren, maar hier komen radiosignalen de wetenschap te hulp. Deze signalen zijn echter zo zwak dat ze gemakkelijk worden verduisterd door ruis, die soms tienduizenden keren sterker kan zijn. Zoals een onderzoeker het verwoordde: "Zoeken naar deze signalen is als proberen de vleugels van kolibries te horen ritselen midden in een orkaan."
Dergelijke moeilijkheden hielden wetenschappers echter niet tegen. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Arizona en het Massachusetts Institute of Technology trachtten vroege stervormingssignalen te detecteren, en hoe ongelooflijk het ook klinkt, ze deden het. En dat alles deden ze met een relatief kleine antenne (op de foto hieronder). De antenne is geïnstalleerd in een van de Australische woestijnen, omdat het op zulke plaatsen is dat interferentie van door mensen gegenereerde radiosignalen tot een minimum kan worden beperkt. Voor het eerst lachte het geluk in 2016 naar wetenschappers. Het was toen dat de eerste daling van de CMB-intensiteit werd geregistreerd. Volgens de verkregen gegevens kunnen we concluderen dat de eerste sterren ongeveer 180 miljoen jaar na de oerknal werden gevormd.
“Dit is heel spannend, omdat we voor het eerst met minstens één oog in de belangrijkste periode van de vorming van ons heelal konden kijken. Op dat moment begonnen de eerste sterren en sterrenstelsels zich te vormen. Dit is de eerste keer dat de wetenschap directe observatiegegevens uit die tijd heeft ontvangen”, zegt Colin Lonsdale, directeur van het Haystack Observatory.
Het onderzoeksteam heeft meer dan een jaar besteed aan het bevestigen van hun eigen conclusies op basis van de ontvangen signalen. De positie van de antenne is veranderd, er is een andere ijking van de meetinstrumenten gebruikt. Maar tegelijkertijd werd het signaal elke keer waargenomen, terwijl het twee keer zo intens bleek te zijn als aanvankelijk verwacht. Dit bewijst dat waterstof in het vroege heelal veel kouder was dan eerder werd gedacht. Onderzoeker Rennan Barkana van de Universiteit van Tel Aviv beweert dat donkere materie het koudere universum kan verklaren.
De gegevens die als resultaat van het onderzoek worden verkregen, moeten nog worden bevestigd door andere experts in het veld. Niettemin zijn veel wetenschappers die zich al vertrouwd hebben gemaakt met de resultaten van het experiment van specialisten van MIT en de Universiteit van Arizona, van mening dat deze ontdekking één of zelfs twee Nobelprijzen oplevert. De eerste prijs kan worden toegekend aan wetenschappers voor het bepalen van de ouderdom van de eerste sterren, en de tweede voor een ontdekking met betrekking tot koudere waterstof en donkere materie, die heel goed in staat is om het bestaande standaard fysieke model uit te breiden. De onderzoeksresultaten lees je hier.
Promotie video:
Sergey Gray
