Cosmische Vreemdheid: Zeldzame Tweede-Generatie Ster Gevonden Voorbij de Melkweg

De eerste generatie sterren heeft het universum fundamenteel veranderd door eenvoudige elementen zoals waterstof en helium samen te smelten tot complexere binnen hun kernen, en deze elementen bij hun dood over de ruimte te verspreiden - elementen die nu deel uitmaken van de aarde en levende wezens. Onlangs hebben wetenschappers een tweede-generatie ster ontdekt in een andere melkweg, die unieke inzichten biedt in de vroege formatieprocessen van elementen in melkwegstelsels buiten de Melkweg.

Het universum werd voorgoed veranderd door de eerste generatie sterren. In hun kernen zijn eenvoudige waterstof en helium samengesmolten tot een divers scala van elementen. Toen deze sterren hun einde bereikten, explodeerden ze en verspreidden ze deze nieuwe elementen door het heelal. Het ijzer in je aderen, het calcium in je tanden en het natrium dat je gedachten aanstuurt, zijn allemaal geboren in het hart van een langdode ster.

Er is nog niemand in geslaagd om een van die eerste generatie sterren te vinden, maar wetenschappers hebben een unieke vondst aangekondigd: een ster uit de tweede generatie die oorspronkelijk gevormd is in een andere melkweg dan de onze.

"Deze ster biedt een uniek inzicht in het zeer vroege elementvormingsproces in melkwegstelsels anders dan het onze," zei Anirudh Chiti, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago en eerste auteur van een paper waarin de bevindingen worden aangekondigd. "We hebben een idee opgebouwd van hoe deze sterren die chemisch verrijkt werden door de eerste sterren eruit zien in de Melkweg, maar we weten nog niet of sommige van deze kenmerken uniek zijn, of dat dingen op een vergelijkbare manier zijn gebeurd in andere melkwegstelsels."

De paper werd onlangs gepubliceerd in Nature Astronomy.

Chiti is gespecialiseerd in wat stellaire archeologie wordt genoemd: het reconstrueren van hoe de vroegste generaties sterren het universum hebben veranderd. "We willen begrijpen wat de eigenschappen van die eerste sterren waren en welke elementen ze hebben geproduceerd," zei Chiti.

Maar niemand is er tot nu toe in geslaagd om deze eerste generatie sterren rechtstreeks te zien, als ze nog in het universum bestaan. In plaats daarvan kijken Chiti en zijn collega's naar sterren die zijn gevormd uit de as van die eerste generatie.

De Grote Magelhaense Wolk, een melkwegstelsel dat miljarden jaren geleden in het onze is gevallen, kan helpen onthullen hoe het universum evolueerde in andere regio's. Boven, afbeeldingen van de Wolk gemaakt in infrarood licht. Credit: NASA/JPL

Het is moeilijk werk, omdat zelfs de tweede generatie sterren nu ongelooflijk oud en zeldzaam is. De meeste sterren in het universum, inclusief onze eigen zon, zijn het resultaat van tientallen tot duizenden generaties, waarbij telkens meer zware elementen worden opgebouwd. "Misschien is minder dan 1 op de 100.000 sterren in de Melkweg een van deze sterren uit de tweede generatie," zei hij. "Je bent echt op zoek naar een speld in een hooiberg."

Maar het is de moeite waard om momentopnames te maken van hoe het universum er in het verleden uitzag. "In hun buitenste lagen behouden deze sterren de elementen in de buurt van waar ze zijn gevormd," legde hij uit. "Als je een zeer oude ster kunt vinden en de chemische samenstelling ervan kunt bepalen, kun je begrijpen hoe de chemische samenstelling van het universum was op de plaats waar die ster miljarden jaren geleden is gevormd."

Voor dit onderzoek richtten Chiti en zijn collega's hun telescopen op een ongebruikelijk doelwit: de sterren die de Grote Magelhaense Wolk vormen.

De Grote Magelhaense Wolk is een heldere strook sterren die met het blote oog te zien is op het zuidelijk halfrond. We denken nu dat het ooit een apart melkwegstelsel was dat slechts een paar miljard jaar geleden gevangen werd door de zwaartekracht van de Melkweg. Dit maakt het bijzonder interessant omdat de oudste sterren buiten de Melkweg zijn gevormd, waardoor astronomen de kans krijgen om te leren of de omstandigheden in het vroege universum overal hetzelfde waren, of dat ze verschillend waren op andere plaatsen.

De Magellan Telescopen op het Las Campanas Observatorium in Chili, die de wetenschappers hebben gebruikt om het elementenprofiel van de oude sterren in kaart te brengen. Credit: Carnegie Institution for Science

De wetenschappers zochten naar bewijs van deze bijzonder oude sterren in de Grote Magelhaense Wolk en catalogiseerden er tien, eerst met de Gaia-satelliet van de Europese Ruimtevaartorganisatie en vervolgens met de Magellan Telescoop in Chili.

Een van deze sterren viel meteen op door zijn bijzonderheid. Het had veel, veel minder zware elementen dan enige andere ster die tot nu toe gezien is in de Grote Magelhaense Wolk. Dit betekent dat het waarschijnlijk is gevormd in de nasleep van de eerste generatie sterren, dus het had nog niet zware elementen opgebouwd in de loop van herhaalde geboorten en sterfgevallen.

Toen ze de elementen in kaart brachten, waren de wetenschappers verrast om te zien dat het veel minder koolstof dan ijzer had in vergelijking met wat we zien in sterren van de Melkweg.

"Dat was zeer intrigerend, en het suggereert dat koolstofverrijking van de vroegste generatie, zoals we zien in de Melkweg, niet universeel was," zei Chiti. "We zullen verder onderzoek moeten doen, maar het suggereert dat er verschillen zijn van plaats tot plaats."

“Ik denk dat we het beeld aan het invullen zijn van hoe het vroege elementverrijkingsproces eruitzag in verschillende omgevingen,” zei hij.

Hun bevindingen bevestigden ook andere studies die hebben gesuggereerd dat de Grote Magelhaense Wolk aanvankelijk veel minder sterren maakte dan de Melkweg.

Chiti leidt momenteel een imaging-programma om een groot deel van de zuidelijke hemel in kaart te brengen om de vroegste sterren mogelijk te vinden. “Deze ontdekking suggereert dat er veel van deze sterren in de Grote Magelhaense Wolk moeten zijn als we goed kijken,” zei hij. “Het is echt opwindend om de stellaire archeologie van de Grote Magelhaense Wolk te ontsluiten en zo gedetailleerd in kaart te brengen hoe de eerste sterren het universum chemisch hebben verrijkt in verschillende regio's.”