Sterren schenen al in het piepjonge universum

Het is niet meer dan een vage rode vlek. Maar het representeert een compleet sterrenstelsel, zoals onze eigen melkweg, met zeker een miljard sterren. Sterrenstelsel MACS 1149-JD1 staat op maar liefst 13,3 miljard lichtjaar afstand en geeft ons een inkijkje in het zeer jonge universum. Het licht heeft er immers 13,3 miljard jaar over gedaan om de aarde te bereiken. Toen het licht werd uitgezonden had het universum een fractie van de huidige leeftijd van 13,8 miljard jaar.

Astronomen zijn verrast nu ze zuurstof in dit sterrenstelsel zien. Het is een stof die normaalgesproken over de loop van miljoenen jaren ontstaat door kernfusie in het binnenste van sterren. Er zijn bovendien vaak meerdere ‘generaties’ van sterren voor nodig. Het zuurstof levert een sterke aanwijzing dat er zo’n 250 miljoen jaar na de oerknal al sterren brandden. De resultaten werden afgelopen week in het wetenschappelijke tijdschrift Nature gepubliceerd.

Geschiedenis van alles

Sterren zijn de alchemisten van het universum. Gestaag veranderen ze de chemische samenstelling van het heelal, door simpele elementen zoals waterstof en helium zó hard samen te drukken dat er zwaardere elementen ontstaan, zoals koolstof, zuurstof en ijzer. Na de vorming van die zwaardere elementen in de sterkern, verspreiden ze zich wanneer de ster door zijn brandstof heen is en als supernova explodeert. Op deze manier ‘verrijken’ sterren hun sterrenstelsels met steeds zwaardere elementen.

Dat verrijkingsproces kost doorgaans veel tijd. Waterstof en helium maken naar schatting nog steeds 98 procent van het universum uit. Slechts zo’n twee procent daarvan is omgezet in zwaardere elementen. Begrijpelijk, want er gaan vaak meerdere ‘levens’ van een ster overheen: nadat materiaal uit geëxplodeerde sterren zich verspreidt, kan het samenballen tot een nieuwe ster, die doorgaans nóg zwaardere elementen maakt.

Het is bijzonder dat astronomen een sterrenstelsel waarnemen dat al 500 miljoen jaar na de oerknal behoorlijke niveaus zuurstof heeft. Het aanwezige zuurstof maakt een accurate afstandsbepaling tot het sterrenstelsel mogelijk. Vervolgens kunnen sterrenkundigen aan de hand van de rest van het sterlicht in het sterrenstelsel bepalen dat de eerste sterren hier al 250 miljoen jaar na de oerknal schenen.

De wetenschappers deden de ontdekking met onder andere radiotelescoop Atacama Large Millimeter Array (ALMA), de Very Large Telescope en ruimtetelescoop Hubble. Daarmee zagen ze de zuurstof als een zeer zwakke gloed. Het gas is zichtbaar als er energierijke straling op valt en het daardoor zelf straling van zeer specifieke golflengtes uitzendt.