Afbeeldingsbron: CfA
Volgens kosmologen had het vroege heelal alleen een mengsel van waterstof, helium en andere lichtere elementen, maar geen van de deiningselementen die nodig zijn voor levensechte koolstof. Van de oorspronkelijke gassen leefden gigantische sterren - sommige waren 200 keer groter dan onze zon - voor een korte tijd, vaak slechts een paar miljoen jaar. Deze gigantische sterren zetten tot 50% van hun materiaal om in deiningelementen, meestal ijzer, voordat ze met geweld explodeerden als supernovae. De James Webb-telescoop, die naar verwachting na 2011 wordt gelanceerd, zal zo gevoelig zijn dat hij zou moeten kunnen terugkijken om deze supernovae te zien gebeuren.
Het vroege universum was een kale woestenij van waterstof, helium en een vleugje lithium, die geen van de elementen bevatte die nodig zijn voor het leven zoals we het kennen. Uit die oer-gassen werden reusachtige sterren geboren die 200 keer zo massief waren als de zon, en hun brandstof zo enorm verbrandden dat ze slechts ongeveer 3 miljoen jaar leefden voordat ze explodeerden. Die explosies spuwden elementen zoals koolstof, zuurstof en ijzer met enorme snelheden de leegte in. Nieuwe simulaties van astrofysici Volker Bromm (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Naoki Yoshida (National Astronomical Observatory of Japan) en Lars Hernquist (CfA) laten zien dat de eerste, 'grootste generatie' sterren ongelooflijke hoeveelheden van zulke zware elementen over duizenden verspreidt van lichtjaren ruimte, waardoor de kosmos wordt bezaaid met de spullen van het leven.
Dit onderzoek is online geplaatst op http://arxiv.org/abs/astro-ph/0305333 en zal worden gepubliceerd in een aankomend nummer van The Astrophysical Journal Letters.
'We waren verrast door hoe gewelddadig de eerste supernova-explosies waren', zegt Bromm. "Een universum dat in een onberispelijke staat van rust verkeerde, werd snel en onomkeerbaar getransformeerd door een kolossale input van energie en zware elementen, wat de weg vrijmaakte voor de lange kosmische evolutie die uiteindelijk leidde tot leven en intelligente wezens zoals wij."
Ongeveer 200 miljoen jaar na de oerknal onderging het universum een dramatische uitbarsting van stervorming. Die eerste sterren waren massief en snel brandend, waardoor hun waterstofbrandstof snel samensmolt tot zwaardere elementen zoals koolstof en zuurstof. Tegen het einde van hun leven, wanhopig op zoek naar energie, verbrandden die sterren koolstof en zuurstof om zwaardere en zwaardere elementen te vormen tot ze het einde van de lijn bereikten met ijzer. Omdat ijzer niet kan worden samengesmolten om energie te creëren, explodeerden de eerste sterren vervolgens als supernovae, waarbij ze de elementen die ze in de ruimte hadden gevormd, opblazen.
Elk van die eerste reuzensterren veranderde ongeveer de helft van zijn massa in zware elementen, grotendeels in ijzer. Als gevolg daarvan gooide elke supernova tot 100 zonsmassa's ijzer in het interstellaire medium. De sterfgevallen van elke ster droegen bij aan de interstellaire premie. Daarom was het universum door de opmerkelijk jonge leeftijd van 275 miljoen jaar grotendeels bezaaid met metalen.
Dat zaaiproces werd geholpen door de structuur van het kinderuniversum, waar kleine protogalaxies van minder dan een miljoenste van de massa van de Melkweg als mensen in een overvolle metrowag samenkwamen. Door de kleine afmetingen en afstanden tussen die protogalaxieën kon een individuele supernova snel een aanzienlijk volume aan ruimte zaaien.
Supercomputersimulaties van Bromm, Yoshida en Hernquist toonden aan dat de meest energetische supernova-explosies schokgolven veroorzaakten die zware elementen tot op 3000 lichtjaar afstand smeten. Die schokgolven sloegen enorme hoeveelheden gas de intergalactische ruimte in, lieten hete "bellen" achter en veroorzaakten nieuwe rondes van stervorming.
Supernova-expert Robert Kirshner (CfA) zegt: “Vandaag is dit een fascinerende theorie, gebaseerd op ons beste begrip van hoe de eerste sterren werkten. Over een paar jaar, wanneer we de James Webb-ruimtetelescoop bouwen, de opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop, zouden we deze eerste supernova's moeten kunnen zien en Volker's ideeën kunnen testen. Blijf kijken!"
Lars Hernquist merkt op dat de tweede generatie sterren zware elementen van de eerste generatie bevatte - zaden waaruit rotsachtige planeten zoals de aarde konden groeien. "Zonder die eerste, 'grootste generatie' sterren, zou onze wereld niet bestaan."
Het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, met hoofdkantoor in Cambridge, Massachusetts, is een gezamenlijke samenwerking tussen het Smithsonian Astrophysical Observatory en het Harvard College Observatory. CfA-wetenschappers, georganiseerd in zes onderzoeksdivisies, bestuderen de oorsprong, evolutie en het uiteindelijke lot van het universum.
Oorspronkelijke bron: CfA News Release
