Water is een essentieel onderdeel van het leven op aarde – en misschien ook wel op andere planeten. Uit nieuw onderzoek blijkt dat de eerste watermoleculen mogelijk niet lang na het begin van het heelal zijn ontstaan.
Uit recent onderzoek blijkt dat de eerste watermoleculen mogelijk al 100 miljoen tot 200 miljoen jaar na de oerknal ontstonden. Dat zou betekenen dat er al watermoleculen waren voordat de eerste sterrenstelsels verschenen.
Kort na de oerknal bestond de meeste materie in het heelal uit waterstof en helium, met slechts sporen van andere lichte elementen, zoals lithium. Zwaardere elementen, zoals zuurstof, bestonden nog niet. Daardoor kon er nog geen water vormen.
'Twee Hubblecamera’s uitzetten zou ontzettend dom zijn'
Om kosten te besparen, overweegt NASA om instrumenten van ruimtetelescoop Hubble uit te schakelen. Belachelijk, vindt sterrenkundige Rogier Windhorst.
Deze eerste elementen kwamen samen in de eerste sterren, die vervolgens door kernfusie zwaardere elementen produceerden, waaronder zuurstof. Toen deze sterren het einde van hun leven bereikten, explodeerden ze als supernova’s. Daarbij kwamen de zwaardere elementen vrij en kon zuurstof zich mengen en combineren met de reeds bestaande waterstof om H2O – water – te vormen.
Computermodellen
Eerder onderzoek had al aangetoond dat zelfs de lage hoeveelheden zuurstof die in de vroegste sterren ontstonden voldoende waren om watermoleculen te maken. Maar tot nu toe had nog niemand precies gesimuleerd wat er zou gebeuren als een oerster zou exploderen als supernova, en hoe de elementen die daarbij vrijkwamen zich mengden met de kosmologische omgeving, zegt kosmoloog Daniel Whalen van de Universiteit van Portsmouth in het Verenigd Koninkrijk. ‘We weten gewoon niet wat er gebeurde’, zegt hij.
Om daarachter te komen gebruikten Whalen en zijn team computermodellen die het ontstaan en de dood van de eerste sterren in een realistische context simuleerden. Omdat de massa van deze vroege sterren kon variëren, van 13 keer tot 200 keer zo massief als de zon, modelleerden de onderzoekers beide uitersten.
Verschil in waterproductie
Zoals verwacht spuwden de grotere sterren meer zuurstof uit en produceerden die zo meer water. Dat deden ze in de vorm van dampwolken met een massa gelijk aan die van Jupiter. De kleinere sterren produceerden een hoeveelheid water die overeenkwam met de massa van de aarde, aldus Whalen.
Afhankelijk van de massa van de ster vonden de onderzoekers dat het tussen de 3 miljoen en 90 miljoen jaar duurde voordat water zich vormde na de supernova-explosie. Dat betekent dat de eerste watermoleculen 100 miljoen tot 200 miljoen jaar na de oerknal ontstonden.
Broedplaatsen voor sterren
Een belangrijke bevinding van het team is dat dit water niet zomaar door de kosmos werd verspreid. De zwaartekracht zorgde ervoor dat het water en andere zware elementen uit de eerste sterren samenklonterden. Deze klonten waren de broedplaatsen voor de tweede generatie sterren, en misschien ook wel voor de eerste planeten. ‘Dat was een enorm resultaat’, zegt Whalen.
‘Het idee dat water al ontstond voor de eerste sterrenstelsels, haalt tientallen jaren van denken over wanneer leven voor het eerst in het universum kan zijn ontstaan, onderuit’, zegt Whalen. Volgens teamlid Muhammad Latif van de Universiteit van de Verenigde Arabische Emiraten willen de onderzoekers nu simuleren of de waterdamp de straling die gepaard gaat met de vorming van de eerste sterrenstelsels kon overleven. Dat zou namelijk betekenen dat deze vroege moleculen vandaag de dag nog kunnen bestaan, mogelijk zelfs op aarde.
‘De chemie van het leven zoals wij dat kennen vereist vloeibaar water, en dat kun je alleen krijgen op een planeet of een object dat een oppervlak heeft met een atmosfeer’, zegt natuurkundige Avi Loeb van de Harvard-universiteit in de VS. Er zou veel tijd voorbij zijn gegaan voordat deze eerste damp zou zijn gecondenseerd tot vloeibaar water. Het zoeken naar sterren van de tweede generatie – en hun planeten – met instrumenten zoals de James Webb-ruimtetelescoop kan ons helpen dit proces beter te begrijpen. Ook kunnen we dan onderzoeken of deze planeten miljoenen jaren na de oerknal bewoonbaar zijn geweest, zegt Loeb.
