Tussen gigantische clusters van sterrenstelsels, zwerven sterren, die niet door zwaartekracht zijn gebonden aan één enkel sterrenstelsel. Ze geven een spookachtige gloed af. De grote vraag is: waar komen ze vandaan?

Astronomen vragen zich al heel lang af hoe deze zwerfsterren zich kunnen verspreiden door een cluster. Er zijn diverse theorieën: de sterren waren er heel vroeg bij: ze ontstonden vele miljarden jaren geleden in de vormende periode van een cluster. Wat ook kan is dat ze uit een sterrenstelsel zijn gegooid of heen en weer zijn geslingerd tussen sterrenstelsels nadat ze samenkwamen.

Infrarood
Een recent infrarood onderzoek van die goeie ouwe Hubble werpt nieuw licht op de zaak. De ruimtetelescoop van NASA onderzocht dit zogenoemde ‘intracluster-licht’ en concludeert dat de sterren al miljarden jaren rondzwerven en geen product zijn van meer recente activiteit in een sterrencluster, waardoor ze uit hun normale sterrenstelsels zijn geslingerd.

De Hubble observeerde tien clusters die zich op bijna 10 miljard lichtjaar van de aarde bevinden. Omdat het licht tienduizend keer zwakker is dan de nachtelijke hemel, gezien vanaf de grond, konden de metingen enkel vanuit de ruimte plaatsvinden.

Jong thuisloos
Het onderzoek onthulde dat de breking van het intraclusterlicht over vele miljarden jaren constant blijft, vergeleken met het totale licht in het cluster. “Dat betekent dat deze sterren al thuisloos waren in de eerste stadia van de clusterformatie”, zegt James Jee van de Yonsei University in Seoul, die zijn bevindingen publiceerde in Nature.

Spooklicht / Hubble

Sterren kunnen zich verspreiden buiten hun geboorteplaats als ze rond het centrum van het cluster draaien, op het moment dat een sterrenstelsel zich door gasvormig materiaal beweegt in de ruimte tussen sterrenstelsels. Tijdens het proces worden gas en stof uit het sterrenstelsel geduwd. Maar dit mechanisme is niet de hoofdoorzaak voor het ontstaan van intracluster-sterren, blijkt uit het Hubble-onderzoek. Dan zou de breking van het licht toenemen over de jaren, maar dat is niet het geval. Het licht blijft gedurende vele miljarden jaren hetzelfde.

Gelekte sterren
“We weten niet precies wat de sterren thuisloos maakt. De huidige theorieën kunnen onze resultaten niet verklaren, maar op de een of andere manier werden ze in grote hoeveelheden geproduceerd in het vroege universum”, zegt Jee. “In hun vroege vormende jaren waren sterrenstelsels mogelijk vrij klein en lekten ze vrij gemakkelijk sterren, omdat er minder zwaartekracht was.”

“Als we de oorsprong kunnen achterhalen van intracluster-sterren, krijgen we meer kennis van de vormingsgeschiedenis van een heel cluster van sterrenstelsels, en ze kunnen bovendien dienen als de zichtbare sporen van de donkere materie die een cluster omhult”, aldus collega Hyungjin Joo. Donkere materie is de onzichtbare stof in het heelal die sterrenstelsels en clusters bij elkaar houdt.

Potje flipperen
Als de rondzwervende sterren zijn ontstaan tijdens een redelijk recent potje flipperen tussen sterrenstelsels dan hebben ze niet genoeg tijd gehad om zich te verspreiden over het hele zwaartekrachtveld van een cluster en zijn ze dus ook niet geschikt om de distributie van donkere materie te bepalen. Maar als ze al in het beginstadium van de sterrenclusters zijn gevormd, hebben ze zich wel helemaal kunnen verspreiden. Daardoor zouden astronomen de sterren kunnen gebruiken om de verspreiding van donkere materie in kaart te brengen.

Deze techniek is nieuw en vormt een aanvulling op de traditionele methode om te onderzoeken waar donkere materie zich bevindt, namelijk door de zwaartekrachtlens te meten. Dit is een relatief sterk zwaartekrachtveld, zoals dat van een sterrenstelsel, dat het licht van een achterliggend voorwerp afbuigt.

Sinds 1951
Intracluster-licht is in 1951 voor het eerst ontdekt in het Coma-cluster. Omdat dit cluster, dat minstens duizend sterrenstelsels bevat een van de dichtstbijzijnde clusters is, op zo’n 330 miljoen lichtjaar van de aarde, kon astronoom Fritz Zwicky het spooklicht al waarnemen met een bescheiden 18-inch-telescoop. De Hubble en ook de nieuwe James Webb-telescoop kunnen vele malen beter zoeken naar intracluster-sterren dieper in het universum. Hopelijk kan dan binnenkort hun mysterieuze bestaan eindelijk helemaal worden verklaard.