James Webb telescoop spot oudste supernova ooit

1 dag geleden 6

Astronomen hebben met de James Webb ruimtetelescoop de vroegste supernova ooit gezien: een ster die ontplofte toen het heelal nog maar 730 miljoen jaar oud was. Hoofdonderzoeker Andrew Levan van de Radboud Universiteit vertelt in een exclusief interview hoe dit hun beeld van de eerste sterren verandert.

Een knipperend puntje op een beeld vol sterrenstelsels, vastgelegd door de James Webb ruimtetelescoop. Daarachter schuilt een ontploffing van ongekende historische waarde. Het is het restant van een ster die haar leven eindigde toen het heelal nog in zijn kinderschoenen stond, slechts 730 miljoen jaar na de oerknal. Een internationaal team onder leiding van Andrew Levan van de Radboud Universiteit heeft met Webb niet alleen deze recordbrekende supernova geïdentificeerd, maar voor het eerst ook het zwakke, verre sterrenstelsel gezien waar de explosie plaatsvond. De bevindingen, gepubliceerd in Astronomy and Astrophysics, werpen een verrassend nieuw licht op de aard van de allereerste generaties zware sterren.

De jacht op een kosmische flits

Het verhaal begon op 14 maart 2025. De Frans-Chinese SVOM-satelliet, speciaal ontworpen om kortstondige hemelverschijnselen op te sporen, detecteerde een korte, felle flits gammastraling: een ‘gammaflits’ of ‘Gamma Ray Burst‘ (GRB). Binnen uren schakelden telescopen over de hele wereld zich in op de locatie, van NASA’s Swift Observatory tot ESO’s Very Large Telescope in Chili. Die laatste bepaalde de afstand: het licht had er 13 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken, wat een roodverschuiving (z ~) van 7,3 opleverde.

Deze gammaflits was dus een boodschapper uit het tijdperk van de reïonisatie, één van de eerste kosmische hoofdstukken van ons universum. “Er zijn maar een handvol gammaflitsen in de afgelopen 50 jaar gedetecteerd in het eerste miljard jaar van het bestaan van ons heelal,” zegt Levan. “Dit was een zeer zeldzame en opwindende gebeurtenis.”

Webb’s geduldige blik onthult het geheim

Het team wist dat er een supernova moest zijn, maar die was op dat moment niet te zien. Gammaflitsen vervagen snel, terwijl een supernova weken nodig heeft om op zijn helderst te worden. Door de extreme roodverschuiving in de hier en heden ontvangen straling van zo’n gammaflits, wordt die tijd echter uitgerekt. “Formeel is die factor (1+z), dus voor een roodverschuivingswaarde van (z ~) 7,3 zijn 14 dagen voor de supernova eigenlijk 116 dagen voor ons,” legt Levan uit. Daarom richtte Webb zijn instrumenten pas drieënhalve maand ná de oorspronkelijke flits zijn blik op die locatie aan onze sterrenhemel.

De waarnemingen bevestigden de voorspelling. Webb zag het kenmerkende signaal van een supernova. “Alleen Webb kon direct aantonen dat dit licht van een supernova afkomstig is – van een instortende massieve ster,” benadrukt Levan. “De waarnemingen kwamen bijna precies overeen met wat we hadden voorspeld op basis van supernova’s uit onze nabijere, kosmische achtertuin. Een voorspelling doen en die vervolgens testen, is één van de belangrijkste manieren om modellen te toetsen.”

Een verrassende gelijkenis

De grootste verrassing lag in de aard van de explosie. Men dacht dat de eerste sterren, gevormd uit bijna puur waterstof en helium, aanzienlijk massiever waren en op een radicaal andere manier zouden kunnen ontploffen in extreem heldere supernova’s. Webb toonde aan dat deze supernova van 13 miljard jaar geleden verbazingwekkend veel lijkt op nabijere, recentere evenbeelden van gammaflitsen. “Dit suggereert dat de massa van de ster die ontplofte waarschijnlijk ook ongeveer hetzelfde was,” zegt Levan. De gelijkenis wijst erop dat de fysica achter deze catastrofale explosies verbazingwekkend constant is gebleven gedurende het grootste deel van de kosmische geschiedenis.

Het record uitgelegd en toekomstig onderzoek

Is dit dan de verste explosie ooit gezien? Niet per se. In 2009 werd gammaflits GRB 090423 waargenomen met een nog grotere roodverschuiving (z ~ 8,2). Het cruciale verschil, legt Levan uit, zit in het bewijs; “Dit is niet de verste gammaflits ooit ontdekt, maar wel de verste waarbij we de supernova kunnen zien en dus weten dat hij werd veroorzaakt door een instortende massieve ster. Het sluitende bewijs van wat de flits veroorzaakte, is de supernova. Daarom was het essentieel om die waar te nemen.”

Het team heeft al vervolgwaarnemingen met Webb goedgekeurd gekregen. Die moeten uitwijzen welk deel van het licht van het sterrenstelsel komt en welk deel van de inmiddels vervagende supernova. Voor nieuwe gammaflitsen heeft het team andere plannen. Levan: “Als je er vroeg bij bent, kun je het heldere nagloei signaal gebruiken als tegenlicht om het gas en stof in deze verre sterrenstelsels gedetailleerder te bestuderen dan ooit tevoren. Zo bouwen we een veel completer beeld op van wat er in deze vroege sterrenstelsels gebeurt.”

Wat is een gammaflits (GRB)?
Een gammaflits is de krachtigste explosie in het heelal sinds de oerknal. Hij duurt seconden tot minuten en ontstaat wanneer een extreem zware ster zijn brandstof opmaakt, instort en een zwart gat vormt, of wanneer twee compacte objecten zoals neutronensterren botsen. Bij het vormen van het zwart gat schieten twee strakke bundels of ‘jets’ van energie en deeltjes het heelal in. Als één van die jets toevallig op de aarde is gericht, zien wij dat als een korte, overweldigende flits aan gammastraling. De explosie verlicht voor korte tijd de omgeving, en geeft een nagloed af die met telescopen zoals Webb wordt bestudeerd. Deze kosmische vuurtorens zijn zo helder dat we ze tot in de allervroegste tijden van het heelal kunnen waarnemen.

Op zoek naar nog oudere explosies

De jacht op de allervroegste explosies in het heelal is constant in beweging. Voordat GRB 250314A zijn titel veroverde, werd het record voor hoogste roodverschuiving lange tijd gehouden door GRB 090423 (z ~ 8.2), waargenomen in 2009. Een ander kandidaat recordhouder is GRB 090429B, waarvan de afstand werd geschat op een roodverschuiving van ongeveer (z ~) 9,4 – wat zou betekenen dat we het heelal zien toen het nog geen 500 miljoen jaar oud was(!). De afstand hiervan is echter gebaseerd op een fotometrische methode en minder zeker dan de spectroscopisch bevestigde afstanden van GRB 090423 uit 2009 en de huidige vondst van GRB 250314A. Deze jacht illustreert de waarde van missies zoals SVOM, die specifiek zijn ontworpen om deze zeldzame, verre boodschappers uit het vroege heelal op te sporen.

Een Nederlands tintje aan een wereldwijde jacht

De leiding van dit baanbrekende onderzoek vanuit de Radboud Universiteit is geen toeval. Nederland heeft een lange en vooraanstaande traditie in het bestuderen van gammaflitsen. Hoofdonderzoeker Andrew Levan licht die rol toe: “In Nederland hebben we veel ervaring met het bestuderen van gammaflitsen in optisch en infrarood licht. Sterker nog, de eerste gammaflits die in het optische werd gevonden, werd ontdekt door Nederlandse wetenschappers. Al dit werk vindt plaats in grote samenwerkingsverbanden, maar wij spelen zeker onze rol bij het helpen beslissen wat er binnen die samenwerkingen moet gebeuren, bijvoorbeeld welke waarnemingen we moeten aanvragen bij de VLT. In dit specifieke geval hebben we de afgelopen jaren veel ervaring opgedaan met het gebruik van JWST om gammaflitsen te bestuderen, en het was die ervaring die ons in staat stelde dit programma te leiden.” Die expertise was onmisbaar in de wereldwijde samenwerking die nodig was om deze vergankelijke kosmische schat te vangen en te ontcijferen.

Een nieuwe deur gaat open

De ontdekking van supernova GRB 250314A markeert meer dan alleen een record. Het bewijst dat de James Webb ruimtetelescoop individuele sterren kan bestuderen uit het eerste miljard jaar van het heelal. “Deze observatie toont aan dat we Webb kunnen gebruiken om individuele sterren te vinden toen het heelal nog maar 5 procent van zijn huidige leeftijd had,” besluit Levan. Door het licht van deze allervroegste sterexplosies te ontleden, kunnen astronomen niet alleen de levensloop van de eerste sterren reconstrueren, maar ook de omstandigheden in de oerstelsels waarin zij werden geboren. Het is het begin van een nieuw tijdperk in de sterrenarcheologie, waarin we direct gaan kijken naar de bouwstenen van het jonge, vormende heelal.