Hubble onthult vroege heelal: ontdekking ster Earendel verrast astronomen

De Hubble-ruimtetelescoop levert in zijn nadagen nog een indrukwekkend kunststukje af: de ontdekking van een ster die nu op een recordafstand van 28 miljard lichtjaar staat en geheimen kan ontsluieren over de begintijd van het heelal.

De Hubble blijft verbazen. Niemand had verwacht dat de ruimtetelescoop 32 jaar dienst zou doen en met zijn prachtige beelden vanuit alle hoeken van het heelal zou uitgroeien tot het troetelkind van het grote publiek. Ook de wetenschappelijke opbrengst is indrukwekkend. Hij detecteerde onder meer water in de atmosfeer van planeten buiten ons eigen zonnestelsel. De ruimtetelescoop stelde vast dat het heelal steeds sneller uitdijt en dankzij de Hubble kennen we de leeftijd van ons universum: 13,7 miljard jaar.

Daar komt nu nog een opmerkelijke prestatie bij. De ruimtetelescoop heeft de verste ster en jongste ster ooit ontdekt, op een afstand van 28 miljard lichtjaar. Zij draagt inmiddels de naam Earendel, Oudengels voor ‘ochtendster’. Haar afstand tot onze aarde is duizelingwekkend.

De ontdekking is een enorme sprong terug in de tijd. Het gedetecteerde licht van de ster is 900 miljoen jaar oud, komt uit de eerste miljard jaar na de geboorte van het universum met de oerknal en heeft er 12,9 miljard jaar over gedaan om de aarde te bereiken. Het licht van de vorige recordhouder, Icarus, werd gevormd toen het universum ongeveer 4 miljard jaar oud was, 30 procent van zijn huidige leeftijd had bereikt. Astronomen geven dat tijdsbestek de omschrijving ‘roodverschuiving 1,5’. Naarmate het heelal uitdijt wordt het licht van verre objecten uitgerekt, oftewel ‘verschoven’ naar langere, meer rode golflengten als het naar ons op weg is. Het licht van Earendel stamt uit de tijd dat het universum nog slechts 7 procent van de huidige leeftijd had, met roodverschuiving 6,2. Eerder werden alleen clusters van sterren op zo’n grote afstand waargenomen, ingebed in vroege sterrenstelsels.

Kleine vlekjes

“We geloofden het eerst niet”, zegt astronoom Brian Welch van de Johns Hopkins University in Baltimore, hoofdauteur van het artikel in het tijdschrift Nature waarin de ontdekking op basis van door Hubble verzamelde gegevens werd gemeld. “Deze ster was zo veel verder weg dan de vorige meest verafgelegen ster met de hoogste roodverschuiving. Normaal gesproken zien hele sterrenstelsels er op deze afstanden uit als kleine vlekjes waarbij het licht van miljoenen sterren samensmelt. Dat deze schitterende ster op zo’n grote afstand toch is te zien, is te danken aan een natuurlijke vergroting door een enorme cluster van melkwegstelsels tussen de aarde en Earendel. De massa van dat cluster vervormt de ruimte waardoor een krachtig vergrootglas ontstaat dat het licht van verre objecten erachter enorm, duizendvoudig of meer, versterkt. Dankzij dat natuurlijk vergrootglas ontdekte het onderzoeksteam een sterrenstelsel dat door de uitvergroting de vorm had van een lange halve maan - Sunrise Arc, met daarin een extreem vergrote ster die minstens vijftig keer de massa van onze zon heeft en miljoenen keren zo helder is. Mogelijk is Earendel een dubbelster omdat de meeste zware sterren worden begeleid door een kleinere ster.

De ontdekking van Earendel is veelbelovend voor het onderzoek naar het tijdperk van zeer vroege stervorming. “Met het bestuderen van Earendel openen we een venster op een tijdperk van het universum dat we niet kennen. Het is alsof we in een heel interessant boek zijn begonnen met het tweede hoofdstuk en nu de kans krijgen om ook het eerste hoofdstuk te lezen, waarin het allemaal begon”, aldus Welch.

Daarbij is ook de hoop gevestigd op de opvolger van de Hubble, de James Webb. Hij werd eind vorig jaar gelanceerd. De optische infraroodtelescoop heeft een indrukwekkende hoofdspiegel met een diameter van 6,5 meter. De James Webb is daarmee niet alleen krachtiger dan zijn voorganger, hij is ook beter gepositioneerd. De Hubble hangt op een hoogte van 540 kilometer boven de aarde. De nieuwe ruimtetelescoop bevindt zich op een afstand van 1,5 miljoen kilometer, op een punt waar hij geen last heeft van verstoringen door de atmosfeer van de aarde en waar het koel genoeg is om rond de klok aan infraroodastronomie te doen.

Metaalarm

Sterrenkundigen verwachten dat met behulp van de James Webb, met zijn hoge gevoeligheid voor langere infrarode golflengten, zal worden bevestigd dat Earendel inderdaad een ster is en er meer duidelijkheid komt over haar helderheid, omvang en temperatuur. Mogelijk zal daarbij kunnen worden vastgesteld of het sterrenstelsel Sunrise Arc en Earendel niet de zware elementen bevatten waarmee latere sterren zijn gevormd. In dat geval is Earendel de eerste massieve metaalarme ster van de zogeheten Populatie III-sterren die de mensheid op het vizier krijgt. Sterren die alleen bestaan uit oerwaterstof en helium, de allereerste sterren die zich na de oerknal hebben gevormd.

De kans bestaat dat de James Webb-ruimtetelescoop ook het net gevestigde nieuwe afstandsrecord van de Hubble zal verbreken door nog verder in het heelal op zoek te gaan naar nog jongere sterren. En de Hubble? Zolang deze telescoop zijn lange leven na de lancering in 1990 blijft oprekken is hij een welkome aanvulling op de inspanningen van de James Webb, die deze zomer operationeel wordt. Samen vormen ze een ideaal paar om ver in het heelal te kijken en daarmee informatie te verzamelen waar de wereld van de astronomie halsreikend naar uitkijkt, over de eerste miljard jaar van het universum.

Deze zoektocht kreeg deze week nog een extra stimulans door de ontdekking van een sterrenstelsel op 13,5 miljard lichtjaar, het verste ooit waargenomen. Het draagt de naam HD1 en is gevonden door de krachten te bundelen van de Subaru-, VISTA-, UK Infrared- en Spitzer-telescopen. HD1 blijkt 100 miljoen lichtjaar verder van de aarde verwijderd dan de oude recordhouder, sterrenstelsel GN-z11. Mogelijk bevat ook HD1 de allereerste sterren die lichte elementen als helium in enkele honderdduizenden jaren tijd hebben omgezet in de zwaardere elementen als ijzer, koolstof en zuurstof. Elementen die essentieel zijn voor het ontstaan van leven.