Sterrenkundigen hebben uv-straling waargenomen die bewijst dat de zogeheten reïonisatieperiode van het universum al zo’n 330 miljoen jaar na de oerknal begon.
In een sterrenstelsel in het vroege heelal hebben sterrenkundigen een verrassende hoeveelheid uv-straling gezien. Deze vondst bewijst dat de reïonisatieperiode, de periode waarin de eerste sterren hun omgeving begonnen te veranderen, kort na de oerknal al van start ging.
Dit is het vroegste bewijs van de reïonisatieperiode dat tot nu toe is gevonden. De ontdekking helpt bij het vaststellen van de tijdlijn van het vroege universum, want het is nog niet precies duidelijk hoe en wanneer deze periode plaatsvond.
Donkere materie moeten we eigenlijk onzichtbare materie noemen
De naam 'donkere materie' suggereert onjuist dat deze materie licht absorbeert. Daarom zou je het beter onzichtbare materie kunnen noemen.
Het tijdperk van reïonisatie
Zo’n 13,8 miljard jaar geleden, direct na de oerknal, was het universum gevuld met een heet plasma van geladen deeltjes. Al snel begon het universum uit te dijen en koelde het af. Hierdoor vormden de positief geladen protonen en de negatief geladen elektronen samen waterstofatomen. Daardoor was het heelal vanaf ongeveer 100 miljoen jaar na de oerknal gevuld met neutrale waterstofdeeltjes.
Hierna begon een spannende periode in de evolutie van het universum waarin de eerste sterren, sterrenstelsels en zwarte gaten ontstonden. Het licht dat deze sterren uitstraalden, veranderde ook de deeltjes in hun omgeving. Hete sterren zenden licht uit met genoeg energie om het elektron van een neutraal waterstofatoom te stoten. Er blijft dan een positief geladen waterstofkern over, die alleen uit een proton bestaat. Dit proces heet ionisatie.
Zodra de eerste sterren in het universum aanwezig waren, begon een tijdperk van enkele honderden miljoenen jaren waarin al het waterstof in het universum ioniseerde: de reïonisatieperiode. ‘Het heet reïonisatie, omdat het universum vlak na de oerknal ook geïoniseerd begon. Toen werd het allemaal neutraal en op een gegeven moment is het weer gereïoniseerd’, zegt sterrenkundige Alex de Koter van de Universiteit van Amsterdam. ‘Wanneer is dat gebeurd? En hoe is dat gebeurd? Dat zijn de belangrijke vragen.’
Vroege reïonisatie
Sterrenkundige Joris Witstok van de Universiteit van Kopenhagen en zijn collega’s namen tekenen van ionisatie waar in een van de vroegst bekende sterrenstelsels. Ze bekeken het sterrenstelsel met de James Webb-ruimtetelescoop, die gespecialiseerd is in verre locaties observeren. Door zo ver in het universum te kijken, zien onderzoekers licht wat al een lange weg heeft afgelegd en dus lang geleden is uitgezonden. Zo nemen ze een kijkje terug in de tijd.
Ze zagen in dit verre sterrenstelsel Lyman-alfa-straling, een type uv-licht dat uitgezonden wordt door waterstof. Deze straling kan de telescoop alleen bereiken als het ontstaan is in een omgeving van enkel geïoniseerd waterstof. Neutraal waterstof zou de straling namelijk snel weer absorberen.
De vondst van deze straling betekent dat de reïonisatie van het gas rond dit verre sterrenstelsel al zo’n 330 miljoen jaar na de oerknal begonnen is. De onderzoekers konden namelijk uit de waargenomen golflengte van de Lyman-alfa-straling berekenen wanneer de straling werd uitgezonden. Daarmee is dit het vroegste teken van de reïonisatieperiode dat tot nu toe is gevonden.
Zware sterren
De vondst van deze uv-straling impliceert dat er heel hete objecten in het sterrenstelsel aanwezig waren, die de ionisatie van waterstof veroorzaakten. De onderzoekers suggereren twee mogelijke kandidaten hiervoor: Een superzwaar zwart gat of heel zware sterren.
‘Zo vroeg in het heelal al superzware zwarte gaten hebben, zou zeer verrassend zijn. Maar dit onderzoek ondersteunt het idee dat sterren blijkbaar al rond 330 miljoen jaar na de oerknal bestonden en bezig waren om hun omgeving te ioniseren’, zegt De Koter. ‘Dat werd al voorspeld, maar een theorie kan alles voorspellen. Het gaat erom dat die dingen bevestigd worden. En dat is het mooie van dit werk, dat je het echt ziet met de James Webb-ruimtetelescoop.’
