Persbericht

Astronomen doen verste detectie van fluor in een sterren-vormend sterrenstelsel

4 november 2021

Een nieuwe ontdekking werpt licht op de manier waarop fluor – een element dat als fluoride in onze botten en tanden zit – in het heelal wordt geproduceerd. Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, heeft een team van astronomen dit element ontdekt in een sterrenstelsel dat zo ver weg is, dat het licht er meer dan twaalf miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. Het is voor het eerst dat fluor in zo’n ver sterren-vormend sterrenstelsel is waargenomen.

‘Fluor kennen we allemaal, omdat het in de vorm van fluoride in de tandpasta zit die we dagelijks gebruiken,’ zegt Maximilien Franco van de Universiteit van Hertfordshire in het Verenigd Koninkrijk, die de leiding had over het nieuwe onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Nature Astronomy zijn gepubliceerd. Net als de meeste elementen om ons heen wordt fluor in het inwendige van sterren geproduceerd, maar tot nu toe wisten we niet precies hoe dit gebeurt. ‘We wisten niet eens welk type sterren het grootste deel van het kosmische fluor produceerde!’

Franco en zijn medewerkers ontdekten fluor (in de vorm van waterstoffluoride) in de grote gaswolken van het verre sterrenstelsel NGP-190387, dat we zien zoals het was toen het heelal nog maar 1,4 miljard jaar oud was (ongeveer 10% van zijn huidige leeftijd). Aangezien sterren de elementen die zij in hun kern vormen uitstoten wanneer zij het einde van hun leven bereiken, impliceert deze detectie dat de sterren die het fluor hebben gemaakt, maar kort kunnen hebben geleefd.

Het team denkt dat Wolf-Rayet-sterren, zeer massarijke sterren die slechts een paar miljoen jaar leven – een oogwenk naar kosmische maatstaven – de meest waarschijnlijke producenten van fluor zijn. Ze zijn nodig om de hoeveelheden waterstoffluoride te verklaren die het team heeft waargenomen. Wolf-Rayet-sterren waren al eerder voorgesteld als mogelijke bronnen van kosmische fluor, maar astronomen wisten tot nu toe niet hoe belangrijk ze zijn bij de productie van dit element in het vroege heelal.

‘We hebben aangetoond dat Wolf-Rayet-sterren, die tot de allerzwaarste sterren behoren die we kennen, en aan het eind van hun leven heftig kunnen exploderen, ons in zekere zin helpen een gezond gebit te behouden!’, grapt Franco.

Naast deze sterren zijn in het verleden ook andere scenario’s opgevoerd voor de wijze waarop fluor wordt geproduceerd en uitgestoten. Een voorbeeld daarvan zijn de pulsaties van reusachtige, geëvolueerde sterren die enkele malen zoveel massa hebben als onze zon, de zogeheten asymptotische reuzentaksterren. Maar het team is van mening dat deze scenario’s, waarvan sommige miljarden jaren in beslag nemen, de hoeveelheid fluor in NGP-190387 wellicht niet volledig kunnen verklaren.

‘Voor dit sterrenstelsel waren slechts tientallen of honderden miljoenen jaren nodig om fluorniveaus te bereiken die vergelijkbaar zijn met die in sterren in ons Melkwegstelsel, dat 13,5 miljard jaar oud is. Dit was een totaal onverwacht resultaat,’ zegt Chiaki Kobayashi, professor aan de Universiteit van Hertfordshire. ‘Onze meting legt een compleet nieuwe restrictie op aan de oorsprong van fluor, waarnaar al twee decennia wordt gezocht.’

De ontdekking in NGP-190387 is een van de eerste waarnemingen van fluor buiten het Melkwegstelsel en naburige sterrenstelsels. Wel hebben astronomen dit element eerder al waargenomen in verre quasars – heldere objecten die worden aangedreven door superzware zwarte gaten in het centrum van sommige sterrenstelsels. Maar nooit eerder was dit element waargenomen in een sterren-vormend sterrenstelsel zo vroeg in de geschiedenis van het heelal.

De nieuwe detectie van fluor was een toevallige ontdekking die te danken is aan waarnemingen met telescopen in de ruimte en op aarde. NGP-190387, oorspronkelijk ontdekt met de Herschel-ruimtetelescoop van het Europese ruimteagentschap ESA en later waargenomen met de in Chili gestationeerde ALMA-array, is buitengewoon helder voor zijn afstand. De ALMA-gegevens hebben bevestigd dat de uitzonderlijke helderheid van NGP-190387 gedeeltelijk wordt veroorzaakt door een ander bekend massarijk sterrenstelsel, dat zich bijna precies tussen NGP-190387 en de aarde bevindt. Dit zware sterrenstelsel versterkt het licht dat Franco en zijn medewerkers hebben waargenomen. Daardoor konden zij de zwakke straling waarnemen die miljarden jaren geleden door het fluor in NGP-190387 is uitgezonden.

Toekomstig onderzoek van NGP-190387 met de Extremely Large Telescope (ELT) – het nieuwe paradepaardje van ESO, dat in Chili wordt gebouwd en later dit decennium operationeel zal worden – kan nog meer geheimen over dit sterrenstelsel aan het licht brengen. ‘ALMA is gevoelig voor straling van koud interstellair gas en stof,’ zegt Chentao Yang, ESO-Fellow in Chili. ‘Maar met de ELT zullen we NGP-190387 kunnen waarnemen via het directe licht van zijn sterren, waardoor we cruciale informatie krijgen over de stellaire inhoud van dit sterrenstelsel.’

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4’, dat in Nature Astronomy verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit M. Franco (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, UK [CAR]), K.E.K. Coppin (CAR), J.E. Geach (CAR), C. Kobayashi (CAR), S.C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Canada en National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Canada), C. Yang (European Southern Observatory, Chile), E. González-Alfonso (Universidad de Alcalá, Departamento de Física y Matematicas, Spanje), J.S. Spilker (Department of Astronomy, University of Texas at Austin, VS), A. Cooray (Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, VS), M.J. Michałowski (Astronomical Observatory Institute, Faculty of Physics, Polen).

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s  Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen: VISTA voor infrarood en de VST voor zichtbaar licht. Op Paranal zal de ESO ook de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’  – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, in samenwerking met de Republiek Chili. ALMA wordt gefinancierd door ESO (namens haar lidstaten), door de NSF in samenwerking met de National Research Council of Canada (NRC) en de National Science Council of Taiwan (NSC), en door NINS in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO (namens haar lidstaten); door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat namens Noord-Amerika wordt bestuurd door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

De Universiteit van Hertfordshire brengt de transformationele impact van het hoger onderwijs naar iedereen. Haar studenten, medewerkers en bedrijven bereiken consistent hun volledige potentieel. Door middel van hoge kwaliteit onderwijs, 550 opleidingsprogramma’s, moderne onderzoeksprojecten en krachtige zakelijke partnerschappen, denken groter, vallen op en hebben een positieve impact op lokale, nationale en internationale gemeenschappen.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto’s van ALMA
• Video’s van ALMA
• Lees meer over ESO’s Extremely Large Telescope
• Voor journalisten: abonneer je op persberichten in je eigen taal
• Voor wetenschappers: heb je een verhaal? Promoot je onderzoek

Contact

Maximilien Franco
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom
Tel: +33-649956665
E-mail: m.franco@herts.ac.uk

Chiaki Kobayashi
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom
Tel: +44-7757116615
E-mail: c.kobayashi@herts.ac.uk

Chentao Yang
European Southern Observatory
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2463 3053
E-mail: cyang@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mob: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Press Office
University of Hertfordshire
Hatfield, UK
Tel: +441707 285770
E-mail: news@herts.ac.uk

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media