Jonge sterrenstelsels voerden zware elementen af, terwijl metaalarmere sterren zwakke winden hebben

Gas dat een sterrenstelsel verlaat en gas dat van een afzonderlijke ster wegstroomt: het klinkt vergelijkbaar, maar het zijn twee verschillende processen. Juist daarom leveren waarnemingen met de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) en Hubble samen interessante vragen op voor modellen van het jonge heelal. Hubbles nabije sterrenstelsels dienen daarbij als vergelijkingsmateriaal; de onderzochte sterren zijn niet zelf in het vroege heelal waargenomen.45

Wat zag JWST bij de verre sterrenstelsels?

In drie sterrenstelsels met een roodverschuiving van 7,2 tot 9,3 zag het SPURS-programma absorptielijnen van zware elementen in meerdere ionisatietoestanden. Die lijnen zijn blauwverschoven ten opzichte van de sterrenstelsels. Dat past bij metaalhoudend gas dat langs onze gezichtslijn naar buiten beweegt. De metingen tonen niet hoe ver het gas uiteindelijk kwam, of dat het de ruimte tussen sterrenstelsels bereikte.

Dat is van belang voor de zoektocht naar Populatie III-sterren: sterren die zouden ontstaan uit vrijwel volledig metaalvrij gas. In de sterrenkunde betekent ‘metalen’ alle elementen zwaarder dan helium. Als de uitstroom nabije gebieden bereikte waar sterren ontstaan, kan daar minder oorspronkelijk, metaalvrij gas zijn overgebleven. De waarnemingen sluiten metaalvrije gebieden elders niet uit.13

Waarom zijn de sterrenwinden opvallend?

Met Hubble onderzocht TEMPOS het ultraviolette licht van 29 zware sterren in zes nabije, metaalarme dwergstelsels. Hun sterrenwinden blijken onverwacht zwak. Vooral onder ongeveer een tiende van de hoeveelheid zware elementen in de zon wijken ze mogelijk af van wat een eenvoudige doortrekking van trends bij metaalrijkere sterren voorspelt. Dat mogelijke omslagpunt is nog niet definitief vastgesteld.4510

Zware-elementionen helpen straling om gas uit de atmosfeer van een zware ster weg te drijven. Bij een zwakkere wind verliest zo’n ster tijdens haar leven minder massa.3 Eerder onderzoek onder 11 metaalarme O-sterren vond eveneens zeer zwakke winden, maar die waren wel verenigbaar met doorgetrokken trends. De uitkomsten vragen dus om zorgvuldige vergelijking van de onderzochte sterren en de gebruikte modellen.15

Wat staat er voor modellen op het spel?

Als de TEMPOS-metingen ook voor een grotere groep sterren gelden, kunnen zware sterren meer massa behouden voordat ze sterven. Dat zou voorspellingen over hun uiteindelijke explosies, compacte overblijfselen en de uitwisseling van energie en materie met gas voor latere stervorming beïnvloeden.34 TEMPOS heeft die sterfgevallen niet waargenomen. SPURS laat op zijn beurt niet zien welk proces de uitstroom uit de sterrenstelsels aandreef.

Vervolgonderzoek moet uitwijzen hoe algemeen de zwakke sterrenwinden zijn. Diepere JWST-waarnemingen kunnen mogelijke Populatie III-sterren toetsen, terwijl nieuwe metingen aan gas rond vroege sterrenstelsels moeten verduidelijken waar de zware elementen terechtkwamen.51013