In een ver sterrenstelsel genaamd MACS1149-JD1, op 13,28 miljard lichtjaar afstand, hebben astronomen zuurstof gevonden, die naar hun mening daar 500 miljoen jaar na de oerknal zou kunnen verschijnen. Wetenschappers die een artikel over de ontdekking schreven in het tijdschrift Nature, zeggen dat het de vroegste ontdekking van zuurstof is op de schaal van de leeftijd van het heelal. Bovendien is het door onderzoekers ontdekte melkwegstelsel het verste melkwegstelsel geworden met een betrouwbaar bepaalde afstand. Modellen laten zien dat de eerste sterren zich er meer dan 13,5 miljard jaar geleden in begonnen te vormen.
Na de oerknal vonden complexe processen plaats in het heelal - eerste quarks, hadronen en andere subatomaire deeltjes werden geboren, en daarna verschenen de eerste atomen, die onderdeel werden van de primaire stellaire materie. Toen waterstofrecombinatie plaatsvond en het universum begon af te koelen, stortte het zich in de "donkere eeuwen". Op dat moment waren de eerste sterren nog niet verlicht en waren er geen quasars geboren - actieve galactische kernen met een superzwaar zwart gat erin. Dit tijdperk eindigde met de "kosmische dageraad" - de opkomst van de oude sterrenstelsels die we vandaag registreren. Hun zoektocht is belangrijk om te bepalen hoe de evolutie van het heelal en de chemische basiselementen heeft plaatsgevonden.
Een internationaal team van astronomen onder leiding van Takuya Hashimoto van de Sanyo University in Osaka observeerde het zeer verre sterrenstelsel MACS1149-JD1 met de ALMA-telescoop en ontdekte een zeer zwakke gloed van geïoniseerde zuurstof. Door de uitdijing van het heelal is de golflengte van de aanvankelijk infrarode straling meer dan vertienvoudigd tijdens zijn reis door de ruimte. De roodverschuiving van de bron gaf aan dat het door wetenschappers geregistreerde signaal 13,3 miljard jaar geleden werd uitgezonden, of slechts 500 miljoen jaar na de oerknal. Dit is de langste afstand ooit gemeten voor zuurstof, en de aanwezigheid ervan geeft aan dat er ook eerdere generaties sterren in dit sterrenstelsel moeten bestaan.
Naast de zuurstofemissies geregistreerd bij ALMA, zagen de onderzoekers ook zwakkere waterstofemissies met de VLT. De afstand tot het sterrenstelsel bepaald op basis van deze waarnemingen komt overeen met die verkregen uit de zuurstofleiding. Zo blijkt MACS1149-JD1 het verste melkwegstelsel te zijn met een betrouwbaar bepaalde afstand en het verst verwijderde melkwegstelsel dat ooit op ALMA of VLT is waargenomen.
De eerste vergrote afbeelding laat zien welk sterrenstelsel MACS1149-JD1 werd gezien door de VLT van ESO; de tweede is hoe de Hubble-ruimtetelescoop dit sterrenstelsel zag. De witte contouren tonen de zones van geïoniseerde zuurstof die door de ALMA-telescoop worden waargenomen.
"We zien dit sterrenstelsel in een tijdperk waarin het universum nog maar 500 miljoen jaar oud was - en het blijkt dat het toen al werd bewoond door volwassen sterren", legt Nicolas Laporte uit, tweede auteur van het artikel.
"We kunnen dit sterrenstelsel gebruiken om een eerdere, totaal onbekende periode in de geschiedenis van de ruimte te onderzoeken."
Enige tijd na de oerknal was er geen zuurstof in het heelal: het verscheen als gevolg van fusieprocessen in de ingewanden van de eerste sterren en toen, toen supernova-explosies plaatsvonden, werd het in de ruimte verspreid. Zuurstofregistratie in MACS1149-JD1 laat zien dat slechts 500 miljoen jaar na het begin van het heelal, deze vroege generaties sterren al gevormd zijn en erin geslaagd zijn voldoende zuurstof te produceren. Om erachter te komen wanneer de eerste armaturen begonnen te verschijnen, reconstrueerden de onderzoekers de vroege geschiedenis van MACS1149-JD1 op basis van infraroodgegevens die waren verkregen door de Hubble- en Spitzer-telescopen. Het bleek dat de waargenomen helderheid van de melkweg goed wordt verklaard door een model waarbij het begin van stervorming teruggaat tot een tijdvak van slechts 250 miljoen jaar na de oerknal. Bovendien wordt het tegenwoordig geloofddat de "donkere eeuwen" 377 miljoen jaar na de geboorte van het heelal kwamen - dat wil zeggen, aangenomen moet worden dat MACS1149-JD1 zich begon te vormen in het tijdperk van recombinatie.
Promotie video:
De MACS1149-JD1 doet wetenschappers zich dus afvragen wanneer de eerste sterrenstelsels zijn ontstaan. De ouderdom van het object dat ze ontdekten, geeft aan dat ze bestonden lang vóór het tijdperk waarin we ze nu kunnen registreren.
In het verleden werd de verste zuurstof gevonden in een sterrenstelsel dat 700 miljoen jaar na de oerknal werd geboren. De hoeveelheid bleek volgens schattingen van onderzoekers ongeveer tien keer minder te zijn dan de waargenomen hoeveelheid zuurstof in de zon.
Nikolay Khizhnyak
