Astronomen hebben het verste kosmische object ooit gespot: een sterrenstelsel op maar liefst 13,5 miljard lichtjaar afstand.

Vorige week kwamen onderzoekers met groot nieuws: Hubble had het licht van de verste ster ooit opgevangen die bestond in de eerste miljard jaar na de geboorte van het heelal. Nu komen astronomen in een nieuwe studie weer met een recordbrekende ontdekking. Want ditmaal zijn onderzoekers op het verste sterrenstelsel ooit gestuit.

HD1
Het sterrenstelsel heeft de naam HD1 gekregen en bevindt zich op zo’n 13,5 miljard lichtjaar afstand. Astronomen kwamen dit verre kosmische object op het spoor na meer dan 1.200 uur turen naar de nachtelijke hemel met behulp van de Subaru-telescoop, VISTA-telescoop, de UK Infrared-telescoop en ruimtetelescoop Spitzer. “Het was heel hard werken om HD1 uit meer dan 700.000 objecten eruit te pikken,” herinnert ontdekker Yuichi Harikane zich. “De rode kleur van HD1 kwam verrassend goed overeen met de verwachte kenmerken van een sterrenstelsel op meer dan 13,5 miljard lichtjaar afstand, waardoor ik een beetje kippenvel kreeg.”

Sterrenstelsel HD1, het rode object. Afbeelding: Harikane et al.

Om de afstand te bevestigen, voerde het team met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) vervolgwaarnemingen uit. En inderdaad, HD1 is maar liefst 100 miljoen lichtjaar verder van ons verwijderd dan sterrenstelsel GN-z11; de vorige recordhouder.

Extreem helder
Wat met name opvalt, is dat HD1 extreem helder is in ultraviolet licht. Hoe dat kan? “Er vinden daar enkele energetische processen plaats,” verklaart onderzoeker Fabio Pacucci. “Of, beter nog, dat gebeurde enkele miljarden jaren geleden.”

Starbuststelsel
In eerste instantie gingen de onderzoekers ervan uit dat HD1 een standaard Starburststelsel is, dat in een hoog tempo sterren produceert. Maar na berekend te hebben hoeveel sterren HD1 baart, komen de onderzoekers tot een verbazingwekkende ontdekking. Zo blijkt het sterrenstelsel jaarlijks meer dan 100 sterren te vormen. “Dit is minstens tien keer hoger dan wat we verwachten van Starbuststels,” aldus Pacucci.

Deze tijdlijn toont de eerste sterrenstelsels en de geschiedenis van het universum. Afbeelding: Harikane et al., NASA, EST and P. Oesch/Yale

Populatie III-sterren
Het team houdt er tot nu toe twee theorieën op na. Aan de ene kant zou HD1 mogelijk de thuisbasis kunnen zijn van populatie III-sterren; de allereerste sterren in het universum die tot nu toe nog nooit zijn waargenomen. “De allereerste populatie sterren die in het universum werd gevormd, was massiever, helderder en heter dan hedendaagse sterren,” legt Paccuci uit. “Als we aannemen dat de sterren die in HD1 worden geproduceerd deze eerste populatie III-sterren vertegenwoordigen, dan zouden de eigenschappen ervan gemakkelijker kunnen worden uitgelegd. Populatie III-sterren zijn namelijk in staat om meer UV-licht te produceren dan normale sterren, wat de extreem ultraviolette helderheid van HD1 verklaart.”

Meer over de Populatie III-sterren
Zoals gezegd zijn populatie III-sterren de allereerste sterren die zich na de oerknal vormden. Deze sterren leefden heel kort – mogelijk enkele honderdduizenden jaren – maar zijn wel belangrijk geweest voor de ‘evolutie’ van het universum. Deze sterren zetten lichte elementen in korte tijd om in zwaardere elementen, zoals zuurstof, stikstof, koolstof en ijzer. Zonder deze elementen waren wij er niet geweest, want ze zijn heel belangrijk voor het ontstaan van leven. Deze oersterren zijn tot op heden nog niet waargenomen. Maar mogelijk worden ze detecteerbaar als ze door zwaartekrachtlenzen zeer sterk worden vergroot, wat hoop geeft voor toekomstige observaties.

De onderzoekers houden er echter nog een andere theorie op na. Als alternatief zou HD1 namelijk ook een superzwaar zwart gat kunnen herbergen van ongeveer 100 miljoen keer de massa van onze zon.

Superzwaar zwart gat
Een dergelijk superzwaar zwart gat zou volgens de onderzoekers ook de extreme helderheid van HD1 kunnen verklaren. Terwijl het zwarte gat enorme hoeveelheden gas opslokt, worden er mogelijk hoogenergetische fotonen uitgezonden door het gebied rondom. Als dat het geval is, zou dit verreweg het vroegste superzware zwarte gat zijn dat toe nu toe is ontdekt.

Onderzoek naar HD1 gaat door. Zo is het team van plan om binnenkort met behulp van de onlangs gelanceerde James Webb-telescoop het verre sterrenstelsel opnieuw te bestuderen om de afstand tot de aarde te verifiëren. Als de huidige berekeningen correct blijken te zijn, zal HD1 officieel de boeken ingaan als het verste – en oudste – sterrenstelsel dat ooit is ontdekt. Dezelfde observaties stellen het team in staat om dieper in de identiteit van HD1 te graven en te bevestigen of één van hun voorgestelde theorieën klopt.