Al twee decennia lang breken astronomen zich het hoofd over de vraag hoe superzware zwarte gaten – enkele van de helderste objecten in het heelal – al minder dan een miljard jaar na de oerknal konden bestaan. Normale sterren kunnen zulke enorme zwarte gaten simpelweg niet snel genoeg creëren. Maar nu heeft een internationaal team met behulp van de Webb-ruimtetelescoop overtuigend bewijs gevonden dat dit kosmische mysterie oplost: in het vroege heelal bestonden ‘monstersterren’ met duizend tot tienduizend keer zoveel massa als onze zon (The Astrophysical Journal Letters, 12 november).
De doorbraak kwam door het onderzoeken van chemische signaturen in een sterrenstelsel met de aanduiding GS 3073. Bij een studie onder leiding van de Universiteit van Portsmouth (VK) en het Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian (VS) is een extreme onbalans ontdekt tussen stikstof en zuurstof die niet kan worden verklaard door enig bekend type ster.
‘Onze nieuwe ontdekking helpt een twintig jaar oud kosmisch raadsel op te lossen’, aldus Daniel Whalen van het Institute of Cosmology and Gravitation van de Universiteit van Portsmouth. ‘Met GS 3073 hebben we het eerste observationele bewijs dat deze monstersterren hebben bestaan. Deze kosmische reuzen zullen kortstondig fel hebben gebrand voordat ze instortten tot enorme zwarte gaten, waarbij ze chemische sporen achterlieten die we miljarden jaren later nog kunnen detecteren. Ze waren enorm groot en hadden een kort leven van slechts een kwart miljoen jaar – een kosmische oogwenk.’
De sleutel tot deze ontdekking was het meten van de verhouding tussen stikstof en zuurstof in GS 3073. Het sterrenstelsel heeft een stikstof-zuurstofverhouding van 0,46, wat veel hoger is dan verklaarbaar is met ‘normale’ sterren. Deze extreme hoeveelheid stikstof past bij slechts één ander soort objecten dat we kennen: oersterren die duizenden keren zwaarder zijn dan onze zon. Dit vertelt ons dat de eerste generatie sterren echt superzware objecten omvatte die hebben bijgedragen aan de vorming van de vroege sterrenstelsels en mogelijk de kiem hebben gevormd voor de huidige superzware zwarte gaten.
Interessant is dat GS 3073 een actief voedend zwart gat in zijn centrum heeft – mogelijk het overblijfsel van een van deze superzware eerste sterren. Als dit wordt bevestigd, zou dit twee mysteries tegelijk oplossen: waar de stikstof vandaan kwam en hoe het zwarte gat is ontstaan.
De onderzoekers voorspellen dat Webb meer sterrenstelsels met een vergelijkbaar stikstofoverschot zal opsporen naarmate het onderzoek naar het vroege heelal vordert. Elke nieuwe ontdekking zou het bewijs voor het bestaan van deze ultrazware eerste sterren versterken. (EE)
Astronomers find first direct evidence of 'Monster Stars' from the cosmic dawn