Een nieuwe ontdekking werpt licht op de manier waarop fluor, een element dat als fluoride in onze botten en tanden zit, in het heelal wordt geproduceerd. Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, heeft een team van astronomen dit element ontdekt in een sterrenstelsel dat zo ver weg is, dat het licht er meer dan twaalf miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. Het is voor het eerst dat fluor in zo’n ver sterren-vormend sterrenstelsel is waargenomen.
‘Fluor kennen we allemaal, omdat het in de vorm van fluoride in de tandpasta zit die we dagelijks gebruiken,’ zegt Maximilien Franco van de Universiteit van Hertfordshire in het Verenigd Koninkrijk, die de leiding had over het nieuwe onderzoek waarvan de resultaten op 4 november 2021 in Nature Astronomy zijn gepubliceerd. Net als de meeste elementen om ons heen wordt fluor in het inwendige van sterren geproduceerd, maar tot nu toe wisten we niet precies hoe dit gebeurt. ‘We wisten niet eens welk type sterren het grootste deel van het kosmische fluor produceerde!’
Franco en zijn medewerkers ontdekten fluor (in de vorm van waterstoffluoride) in de grote gaswolken van het verre sterrenstelsel NGP-190387, dat we zien zoals het was toen het heelal nog maar 1,4 miljard jaar oud was (ongeveer 10% van zijn huidige leeftijd). Aangezien sterren de elementen die zij in hun kern vormen uitstoten wanneer zij het einde van hun leven bereiken, impliceert deze detectie dat de sterren die het fluor hebben gemaakt, maar kort kunnen hebben geleefd. Het team denkt dat Wolf-Rayet-sterren, zeer massarijke sterren die slechts een paar miljoen jaar leven – een oogwenk naar kosmische maatstaven, de meest waarschijnlijke producenten van fluor zijn. Ze zijn nodig om de hoeveelheden waterstoffluoride te verklaren die het team heeft waargenomen. Wolf-Rayet-sterren waren al eerder voorgesteld als mogelijke bronnen van kosmische fluor, maar astronomen wisten tot nu toe niet hoe belangrijk ze zijn bij de productie van dit element in het vroege heelal.
‘We hebben aangetoond dat Wolf-Rayet-sterren, die tot de allerzwaarste sterren behoren die we kennen, en aan het eind van hun leven heftig kunnen exploderen, ons in zekere zin helpen een gezond gebit te behouden!’, grapt Franco. Naast deze sterren zijn in het verleden ook andere scenario’s opgevoerd voor de wijze waarop fluor wordt geproduceerd en uitgestoten. Een voorbeeld daarvan zijn de pulsaties van reusachtige, geëvolueerde sterren die enkele malen zoveel massa hebben als onze zon, de zogeheten asymptotische reuzentaksterren. Maar het team is van mening dat deze scenario’s, waarvan sommige miljarden jaren in beslag nemen, de hoeveelheid fluor in NGP-190387 wellicht niet volledig kunnen verklaren. ‘Voor dit sterrenstelsel waren slechts tientallen of honderden miljoenen jaren nodig om fluorniveaus te bereiken die vergelijkbaar zijn met die in sterren in ons Melkwegstelsel, dat 13,5 miljard jaar oud is. Dit was een totaal onverwacht resultaat,’ zegt Chiaki Kobayashi, professor aan de Universiteit van Hertfordshire. ‘Onze meting legt een compleet nieuwe restrictie op aan de oorsprong van fluor, waarnaar al twee decennia wordt gezocht.’
De ontdekking in NGP-190387 is een van de eerste waarnemingen van fluor buiten het Melkwegstelsel en naburige sterrenstelsels. Wel hebben astronomen dit element eerder al waargenomen in verre quasars – heldere objecten die worden aangedreven door superzware zwarte gaten in het centrum van sommige sterrenstelsels. Maar nooit eerder was dit element waargenomen in een sterren-vormend sterrenstelsel zo vroeg in de geschiedenis van het heelal. De nieuwe detectie van fluor was een toevallige ontdekking die te danken is aan waarnemingen met telescopen in de ruimte en op aarde. NGP-190387, oorspronkelijk ontdekt met de Herschel-ruimtetelescoop van het Europese ruimteagentschap ESA en later waargenomen met de in Chili gestationeerde ALMA-array, is buitengewoon helder voor zijn afstand. De ALMA-gegevens hebben bevestigd dat de uitzonderlijke helderheid van NGP-190387 gedeeltelijk wordt veroorzaakt door een ander bekend massarijk sterrenstelsel, dat zich bijna precies tussen NGP-190387 en de aarde bevindt. Dit zware sterrenstelsel versterkt het licht dat Franco en zijn medewerkers hebben waargenomen. Daardoor konden zij de zwakke straling waarnemen die miljarden jaren geleden door het fluor in NGP-190387 is uitgezonden.
Toekomstig onderzoek van NGP-190387 met de Extremely Large Telescope (ELT) – het nieuwe paradepaardje van ESO, dat in Chili wordt gebouwd en later dit decennium operationeel zal worden – kan nog meer geheimen over dit sterrenstelsel aan het licht brengen. ‘ALMA is gevoelig voor straling van koud interstellair gas en stof,’ zegt Chentao Yang, ESO-Fellow in Chili. ‘Maar met de ELT zullen we NGP-190387 kunnen waarnemen via het directe licht van zijn sterren, waardoor we cruciale informatie krijgen over de stellaire inhoud van dit sterrenstelsel.’
Bron: ESO
