Astronomen vinden bewijs voor het bestaan van monsterlijk grote sterren

Astronomen hebben aanwijzingen gezien dat er superzware sterren bestaan die duizend tot tienduizend keer zo zwaar zijn als de zon. Als deze sterren er werkelijk zijn, kan dat een kosmisch raadsel oplossen over het ontstaan van extreem zware zwarte gaten.

Een aantal van de verste sterrenstelsels vertoont chemische aanwijzingen dat ze superzware sterren herbergen, met massa’s tot wel tienduizend keer die van de zon. Dat blijkt uit waarnemingen met de James Webb-ruimtetelescoop.

Deze stergiganten zijn opmerkelijk, omdat sterren in het nabije heelal een bovengrens hebben voor hoe groot ze kunnen worden. ‘Al onze modellen voor de evolutie van sterrenstelsels gaan ervan uit dat sterren niet zwaarder kunnen worden dan ongeveer 120 zonsmassa’s’, zegt astrofysicus Devesh Nandal van het Harvard Smithsonian-centrum voor astrofysica in de Verenigde Staten. ‘Natuurlijk bestaan er ideeën over sterren die nog massiever zijn, maar er is nog nooit een echte observatie van geweest.’

LEES OOK

Wat kunnen we leren van interstellaire indringers?

De afgelopen jaren hebben astronomen drie objecten waargenomen van onbeke ...

Zware oersterren

Daar lijkt nu verandering in te komen. Nandal en zijn collega’s onderzochten James Webb-waarnemingen van een ver sterrenstelsel genaamd GS 3073. In de meetgegevens vonden ze opvallend hoge hoeveelheden stikstof. Dat is niet helemaal uitzonderlijk, want hoge stikstofgehalten zijn ook in andere, even verre sterrenstelsels gezien.

Bij deze sterrenstelsels zijn de hoge stikstofgehaltes wel te verklaren. Gewone sterren en andere kosmische processen kunnen die waarden produceren. Voor GS 3073 geldt dat echter niet, zegt Nandal. Daarvoor heeft het simpelweg té veel stikstof.

Modellen laten zien dat een hypothetische oerster, een zogeheten Populatie-III-ster, gigantisch kan worden. Diezelfde modellen voorspellen dat deze sterren tijdens hun groei veel meer stikstof maken dan normale sterren. Nandal en zijn collega’s berekenden dat een handvol Populatie-III-sterren met massa’s van duizend tot tienduizend keer die van de zon de extra stikstof in GS 3073 kan verklaren. ‘Ons werk is het sterkste bewijs tot nu toe voor het bestaan van zulke superzware Populatie-III-sterren in het vroege heelal,’ zegt hij.

Alles vreemd

Sommige astronomen vragen zich echter af of de Populatie-III-sterren de meetgegevens wel verklaren, of überhaupt in het plaatje passen. ‘Populatie-III-sterren kunnen alleen ontstaan in een bijna ongerepte omgeving, waar nauwelijks elementen zwaarder dan helium aanwezig zijn’, zegt astrofysicus Robert Maiolino van de Universiteit van Cambridge. ‘GS 3073 is chemisch gezien juist een behoorlijk volwassen sterrenstelsel. Het lijkt dus niet de omgeving te zijn waar je Populatie-III-sterren verwacht.’

Dit kan ook simpelweg een vreemd sterrenstelsel zijn, zegt natuurkundige John Regan van de Maynooth-universiteit in Ierland. ‘Wanneer we het vroege heelal waarnemen, zien we eigenlijk alleen maar rare, extreem exotische sterrenstelsels. Je kunt dan moeilijk zeggen dat je daar geen superzware sterren verwacht omdat dat té vreemd zou zijn. Toen was alles namelijk vreemd’, zegt hij.

Superzware zwarte gaten ontrafelen

Als de kolossale sterren echt bestaan, kan dat helpen om het bestaan van superzware zwarte gaten te begrijpen die ’te vroeg’ in het heelal zijn opgedoken. Als deze zijn ontstaan uit superzware sterren in plaats van uit normale, dan kregen ze als het ware een vliegende start. Dat kan verklaren hoe ze in relatief korte tijd zo enorm groot konden worden.

Bevestigen dat stikstofrijke sterrenstelsels zoals GS 3073 in het vroege heelal daadwerkelijk superzware sterren bevatten, wordt lastig. Dat vergt meer chemische metingen met aanwijzingen voor deze vreemde giganten. ‘Het is ontzettend moeilijk om het bewijs echt te versterken. Een waterdicht bewijsstuk krijgen we niet zomaar’, zegt Regan. ‘Maar dit signaal is wel heel sterk.’