Een team van astronomen heeft met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop mogelijk enkele van de eerste sterren in het heelal ontdekt, die waardevolle aanwijzingen kunnen bieden over de vorming van sterrenstelsels. Met behulp van James Webb en een door Albert Einstein voorspeld fenomeen hebben wetenschappers deze oersterren – bekend als Populatie III – gelokaliseerd in een verre cluster, LAP1-B, op 13 miljard lichtjaar van de aarde.
Er wordt gedacht dat Populatie III-sterren, ook bekend als ‘donkere sterren’, de eerste sterren zijn die zich vormden na de oerknal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden. Volgens de heersende kosmologische theorie versmolten waterstof en helium met donkere materie, waardoor massieve sterren ontstonden die tot een miljoen keer massiever zijn dan de zon en een miljard keer helderder.
Studieleider Eli Visbal, een astrofysicus aan de Universiteit van Toledo in Ohio, zei dat er verschillende redenen zijn om te suggereren dat de door James Webb waargenomen sterren inderdaad Populatie III zijn. De door de telescoop geregistreerde lichtspectra – die de chemische samenstelling van sterren onthullen – vertoonden bijvoorbeeld hoogenergetische emissies, in overeenstemming met de voorspellingen voor deze oersterren. Bovendien geven de gegevens aan dat de sterren erg groot zijn, elk met een massa van ongeveer 100 zonsmassa’s, wat overeenkomt met theoretische berekeningen.
‘Als dit inderdaad Populatie III is, dan is dit de eerste detectie van deze oersterren,’ zei Visbal. Hoewel James Webb ervan wordt verdacht dergelijke sterren in het verleden te hebben gedetecteerd, zoals uit een onderzoek uit maart 2024 dat suggereerde dat er Populatie III-sterren bestonden in het sterrenstelsel GN-z11, slechts 430 miljoen jaar na de oerknal, stelt de nieuwe studie dat LAP1-B het enige object is dat aan alle drie de theoretische voorwaarden voor Populatie III voldoet.
JWST speelde een belangrijke rol bij deze waarnemingen, dankzij de enorme spiegel van 6,5 meter waarmee hij zwakke objecten op grote afstanden kan detecteren, legt Visbal uit. Maar LAP1-B werd zichtbaar dankzij een kosmisch fenomeen dat bekend staat als zwaartekrachtlenzen, waarbij een zeer massief object, zoals een sterrenstelsel, de ruimte-tijd eromheen vervormt, zodat het het licht van een verder weg gelegen object erachter vergroot en vervormt.
Dit resultaat, ook wel bekend als “Einstein’s ring”, bevestigt de algemene relativiteitstheorie. In dit geval werd LAP1-B zichtbaar toen een nabijgelegen cluster van sterrenstelsels, MACS J0416, ervoor kwam en zijn licht ‘lensde’. James Webb registreerde ook emissielijnen van sterren, aanvankelijk in ultraviolette golflengten, maar verschoven naar infrarood als gevolg van de uitdijing van het heelal. De telescoop is geoptimaliseerd voor infraroodwaarnemingen, zodat hij deze kon detecteren.
Afgezien van de zeldzaamheid van de ontdekking, werpt LAP1-B licht op hoe de eerste sterrenstelsels evolueerden, zei Visbal. Omdat men denkt dat Populatie III-sterren zich hebben gevormd in kleine structuren van donkere materie, die de bouwstenen werden van grotere sterrenstelsels, ‘leren ze ons over de vroege stadia van de vorming en evolutie van sterrenstelsels – bijvoorbeeld hoe metalen het aanvankelijk zuivere waterstof- en heliumgas verontreinigden.’
