Astronomen zijn meer te weten gekomen over de toestand van het heelal 13 miljard jaar geleden, door de hoeveelheid koolstof in de gassen rond oude sterrenstelsels te meten. Daarbij hebben ze ontdekt dat de fractie koolstof in warm gas destijds snel is toegenomen, wat verband kan houden met grootschalige opwarming van gas in verband met het verschijnsel dat het ‘reïonisatietijdperk’ wordt genoemd (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).
Uit het onderzoek, onder leiding van Rebecca Davies van de Swinburne University of Technology (Australië), blijkt dat de hoeveelheid warme koolstof binnen een periode van slechts 300 miljoen jaar, een mum van tijd naar kosmische maatstaven, met een factor vijf is toegenomen. Hoewel ook eerdere studies al op een toename aan warme koolstof hadden gewezen, zijn pas bij dit nieuwe onderzoek genoeg data verzameld om de snelheid van de toename nauwkeurig te kunnen meten.
Davies en haar team suggereren twee mogelijke verklaringen voor de snelle evolutie.
De eerste is dat er een toename was van de hoeveelheid koolstof rond sterrenstelsels, simpelweg omdat er meer koolstof in het heelal beschikbaar kwam.
Gedurende de periode waarin de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden werden immers veel zware elementen gevormd, waaronder ook koolstof, die eerder niet hadden bestaan.
Het is dus goed denkbaar dat de eerste generaties sterren verantwoordelijk waren voor de snelle stijging van het koolstofgehalte.
Bij hun onderzoek vonden de onderzoekers echter ook aanwijzingen dat de hoeveelheid kóéle koolstof in dezelfde periode afnam.
Dit suggereert dat de evolutie van de koolstof wellicht twee fasen heeft gekend: een snelle stijging tijdens het reïonisatietijdperk, gevolgd door een afvlakking.
Het reïonisatietijdperk, dat plaatsvond toen het heelal ‘slechts’ één miljard jaar oud was, was de periode na het kosmische donkere tijdperk dat volgde op de oerknal waarin het licht weer vrij spel kreeg in het heelal.
Daarvóór was het heelal één donkere, dichte mist van gas.
Maar toen de eerste zware sterren begonnen te stralen, raakte dat gas geïoniseerd – een herhaling van de toestand kort na de oerknal (vandaar reïonisatie).
Die straling kan tot een snelle opwarming van het omringende gas hebben geleid, die de bij dit onderzoek waargenomen toename van de hoeveelheid warme koolstof heeft veroorzaakt.
Onderzoek naar de reionisatie is van vitaal belang om te begrijpen wanneer en hoe de eerste sterren zich vormden en de elementen begonnen te produceren die nu bestaan. Maar de benodigde metingen zijn uiterst moeilijk: voor het nieuwe onderzoek moesten 250 uur aan waarnemingen worden gedaan met de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili. Met deze telescoop konden de wetenschappers een aantal verre quasars waarnemen die als kosmische schijnwerpers fungeren.
Terwijl het quasarlicht op zijn 13 miljard jaar durende reis door het heelal door sterrenstelsels heen gaat, worden sommige fotonen geabsorbeerd, waardoor karakteristieke streepjescode-achtige patronen in het quasarlicht ontstaan.
Door deze spectraallijnen te analyseren kunnen astronomen de chemische samenstelling en temperatuur van het gas in de sterrenstelsels bepalen.
Op die manier kunnen ze meer te weten komen over de evolutie van het heelal.
Het onderzoek was een samenwerking tussen de Swinburne University of Technology en instituten in Italië, Duitsland, de VS en het Verenigd Koninkrijk. (EE)
(Image Credit: R. Davies/Swinburne University of Technology)
