Eerste sterren in het heelal waren wellicht super-reuzen

De eerste sterren in het heelal waren wellicht onvoorstelbaar zwaar, groot en helder. Dat opperen de Amerikaanse astronoom Douglas Spolyar en zijn collega’s in The Astrophysical Journal van 1 november. De extreme eigenschappen van deze eerste sterren, die 13,5 miljard jaar geleden ontstonden, zouden voortvloeien uit de exotische wijze waarop zij hun energie produceerden. Niet zoals latere sterren door de omzetting van waterstof in helium, dus kernfusie, maar door botsingen tussen deeltjes van de donkere materie in het heelal.

Donkere materie is de vooralsnog hypothetische materie die een belangrijke rol speelt in het ontstaan en de ontwikkeling van sterrenstelsels. Zij verklaart waarom sterren(stelsels) grotere snelheden hebben dan berekend op grond van alleen de zwaartekracht van hun zichtbare materie. En hij verklaart hoe in het prille heelal überhaupt sterrenstelsels konden ontstaan. Aangezien er veel meer donkere materie was – en is – dan gewone materie, kon op vele plaatsen in de oermaterie voldoende aantrekkingskracht worden gegenereerd om die materie te laten samentrekken.

Deze donkere materie zou kunnen bestaan uit zogeheten weakly interacting massive particles (WIMP’s), ofwel zware deeltjes die slechts weinig met gewone materie reageren. Aangezien deze deeltjes wel zwaartekracht voelen, zouden ze zich net als gewone materie op bepaalde plaatsen in de oermaterie concentreren. Op die plaatsen zouden dus ook vele onderlinge botsingen plaatsvinden, waarbij de massa van deze deeltjes voor meer dan de helft werd omgezet in energie. Deze vorm van energieproductie was veel efficiënter dan kernfusie, waarbij slechts 1 procent van de massa in energie wordt omgezet.

Een deel van de aldus geproduceerde energie werd overgedragen op de ‘gewone’ materie, die zo werd verhit en ging stralen. Spolyar en collega’s hebben nu gevonden dat er, onafhankelijk van de beginparameters, steeds dezelfde soorten sterren zouden ontstaan. Sterren die tot tien maal zo groot waren als de aardbaan en 500 tot 1.000 maal zo zwaar en vele miljoenen malen zo helder als de zon – dus veel groter, zwaarder en helderder dan de latere sterren die hun energie via kernfusie opwekken. Dit alles zou natuurlijk alleen mogelijk zijn geweest als er ook werkelijk WIMP’s bestaan. Daarom wordt nu in vele laboratoria naar deze hypothetische deeltjes gezocht.

George Beekman