Blik op de oertijd van het heelal
‘Arme sterren’ in de Melkweg
Vaak bevestigt onderzoek wat ander onderzoek al heeft aangetoond. Maar een enkele keer zet je ontdekking bestaande theorieën op hun kop. Vergelijk het met de stelling dat raven zwart zijn: hoe meer zwarte exemplaren je vindt, hoe waarschijnlijker het is dat raven inderdaad zwart zijn. Maar dan vind je een witte raaf en is die ene vondst voldoende om alle inzichten over de vogels te veranderen.
RUG-astronoom Else Starkenburg en haar collega’s vonden in 2022 zo’n witte raaf. Hij verscheen in de vorm van een groep extreem oude sterren, die zich pas later bij de Melkweg hebben gevoegd.
Ze waren opgemerkt door een groep onderzoekers in Straatsburg die de manier bestudeerden waarop sterren rond het middelpunt van de Melkweg bewegen. Dat is namelijk niet voor alle sterren hetzelfde. ‘Groepen die later in de Melkweg zijn beland, bewegen nog steeds min of meer in de richting van hun oorspronkelijke baan’, legt Starkenburg uit.
Als je nu dezelfde afwijkende beweging vindt bij verschillende sterren, dan weet je: deze sterren hebben niet altijd bij de Melkweg gehoord. En dat was het geval bij de sterrengroep die de naam C19 kreeg.
Maar toen Starkenburg en haar team hun kennis bij die van de oorspronkelijke onderzoekers voegden, bleek er al snel nog veel meer aan de hand te zijn.
Weinig zware elementen
Starkenburg doet onderzoek naar de hoeveelheid zware elementen in de atmosfeer van sterren. Om dit te meten gebruiken ze een speciaal filter op de telescoop, waardoor ze kan zien in welke hoeveelheden bepaalde elementen aanwezig zijn in een ster.
Het is lastig om precieze leeftijden te meten voor sterren die heel oud zijn
‘We dachten, laten we die twee dingen bij elkaar brengen, want aan de ene kant hebben we deze groepen samen reizende sterren en aan de andere kant hebben wij als team heel veel informatie over waar die groep sterren uit bestaat’, vertelt ze.
Tijdens haar onderzoek bleek dat de sterren van de C19-stroom stuk voor stuk een extreem laag gehalte aan zware elementen hadden – het waren ‘arme sterren’. ‘Gelijk dachten we: hier hebben we wat unieks te pakken.’
Als een ster sterft en een supernova ontstaat, ontstaan er namelijk veel zwaardere elementen. De nieuwe sterren die hieruit ontstaan, bevatten die dus ook. En dus moet een ‘arme’ ster een overblijfsel zijn uit de begintijd van het heelal, toen er nog maar weinig sterren waren gestorven.
Bolhoop
Vervolgens wilden de astronomen weten waar die superoude sterren van C19 dan vandaan kwamen. ‘We hadden er onderling al een discussie over of het een uit elkaar getrokken bolhoop of uit elkaar getrokken dwergsterrenstelsel zou zijn’, zegt Starkenburg.
Net als archeologen zoeken wij naar heel oude objecten die iets vertellen over vroeger
Ze was er al vanaf het begin van overtuigd dat het een bolhoop was: een bolvormige groep van sterren die niet bij sterrenstelsels zoals de Melkweg horen, maar worden gevormd uit gaswolken. Als die gassen extreem goed gemengd zijn, ontstaat een verzameling van sterren die er ongeveer hetzelfde uitzien, ongeveer even oud zijn en relatief dicht bij elkaar staan.
‘We denken dat ze ontstaan als een grote gaswolk op een bepaald moment een vrij heftige stervorming heeft en dat de bolhoop dan heel lang intact blijft’, legt Starkenburg uit. Dat gold ook voor deze groep, totdat die te dicht bij de Melkweg kwam en uiteengereten werd door de zwaartekracht van dat sterrenstelsel.
Maar anderen geloofden niet eens dat dit mogelijk was. Een bolhoop zou helemaal niet kúnnen ontstaan in een gaswolk met zo weinig zware elementen, in ieder geval niet op deze schaal.
Reliek uit de oertijd
Starkenburg bleek echter gelijk te hebben en dat was een spectaculaire ontdekking. Er waren immers al wel een paar honderd sterren bekend die nóg minder zware metalen bevatten en dus mogelijk nog ouder waren, maar die bevonden zich – voor zover bekend – nooit in een bolhoop.
Helaas kunnen de onderzoekers voorlopig alleen schatten wanneer deze bolhoop ontstaan is. ‘Het is lastig om precieze leeftijden te meten voor sterren die heel oud zijn’, zegt Starkenburg.
Hoe kan het dat iets dat zo lang bewaard is gebleven, nu uit elkaar getrokken wordt?
Wel is duidelijk dat bolhoop C19 een reliek uit de oertijd van het heelal is en daarmee razend interessant voor een galactisch archeoloog als Starkenburg. ‘Net als gewone archeologen zoeken wij naar heel oude objecten die iets kunnen vertellen over hoe het er vroeger uitzag’, zegt ze. ‘In ons geval zijn dat geen piramides, speerpunten of fossielen, maar sterren.’
Om objecten uit die periode van het heelal te bestuderen, kijken astronomen normaal gesproken naar sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving – een maat van afstand binnen de astronomie die aangeeft dat een ster ver weg staat. Het licht van die sterrenstelsels dat ons nu bereikt, is al vertrokken toen het heelal nog jong was.
Starkenburg wil de data van bolhoop C19 vergelijken met deze oude, verre objecten om het verleden van het universum te onderzoeken. De sterren van C19 zijn mogelijk immers net zo oud, maar staan veel dichterbij. ‘De waarnemingen die we tot nu toe hebben van sterren met roodverschuiving kunnen we nu dus vergelijken met waarnemingen van dichtbij, in veel meer detail.’ De C19-sterren geven dus inzicht vanuit een heel ander perspectief.
Kleiner sterrenstelsel
Intussen zijn ook anderen aan de slag gegaan met de sterrenstroom. Zo ontdekte Starkenburgs PhD-student Akshara Viswanathan recent nog een ster die waarschijnlijk óók bij C19 hoort – een heel eind verderop. Het is goed mogelijk dat er nog meer sterren worden gevonden, waardoor er nog meer duidelijk wordt over de bolhoop.
En er is nog iets merkwaardigs aan de hand: ‘Waar we vooral nog heel erg mee bezig zijn is om de baan goed te bepalen. We zien C19 nog wel als een stroom, maar die is wel uit elkaar aan het vallen. Dus hoe kan het dat iets dat zo oud is en zo lang bewaard is gebleven, nu uit elkaar getrokken wordt?’
Een van de meest aannemelijke ideeën is dat de bolhoop binnenin een kleiner sterrenstelsel zat en dat ze samen de Melkweg in zijn gestort. Maar een bolhoop van dat formaat in zo’n klein sterrenstelsel zou ook weer heel bijzonder zijn, en roept bij Starkenburg de vraag op of er vroeger vaker bolhopen in kleine sterrenstelsels zaten, en of er nog meer vergelijkbare restanten te vinden zijn.
Nog genoeg te onderzoeken, dus, want de buitenste delen van de Melkweg zitten waarschijnlijk vol met ingevallen stelseltjes. En niemand had gedacht dat een van die stelseltjes een bolhoop als C19 zou meenemen, dus wie weet welke schatten er nog meer naar boven komen bij deze opgraving van de galactische archeologie?