Eerste sterren schenen in verrassend koud heelal, blijkt uit 'echt heel gaaf' onderzoek

De wetenschappers ontdekten ook dat de kosmische 'oersoep' op dat moment kouder was dan verwacht: iets meer dan 3 graden boven het absolute nulpunt.

'Dit is echt heel gaaf', reageert Michiel Brentjens van het Nederlandse radiosterrenkundig instituut ASTRON. Sterrenkundigen hebben wel een goed idee van de evolutie van het pasgeboren heelal, maar ondersteunende waarnemingen waren er tot nu toe niet. Brentjens hoopt dat de LOFAR-telescoop in Drenthe binnenkort nog meer details zal opleveren. 'Het zijn heel moeilijke metingen. Dit is echt een belangrijke eerste stap.'

Direct na de oerknal was het uitdijende heelal gevuld met neutraal waterstof- en heliumgas - de 'oersoep'. Dat gas koelde in de loop van de tijd af. Het heelal maakte een aardedonkere periode door, totdat uit het samenklonterende gas de eerste sterren ontstonden. Opgeschud door de energierijke straling van die allervroegste sterren lieten de gasatomen vervolgens een soort donkere vingerafdruk achter in de kosmische achtergrondstraling - de 'nagloed' van de oerknal.

Judd Bowman van Arizona State University en zijn collega's hebben die subtiele stralingsdip nu ontdekt met een relatief eenvoudige radio-ontvanger ter grootte van een diepvrieskist. Die stond opgesteld in de leegte van West-Australië, om zo min mogelijk last te hebben van radiogolven uit de omgeving. Uit de gemeten frequentie blijkt dat het signaal afkomstig is van 180 miljoen jaar na de oerknal. Dat moet ook het moment zijn geweest waarop de eerste sterren ontstonden.

De waargenomen vingerafdruk van het oergas is donkerder dan verwacht. Dat wijst erop dat het gas in de betreffende periode kouder was dan de standaardtheorie voorspelt: geen 7 graden boven het absolute nulpunt, maar slecht 3 à 3,5. Volgens theoreticus Rennan Barkana van de Tel Aviv University in Israël kunnen de atomen extra sterk zijn afgekoeld door wisselwerking met donkere materie. Barkana beschrijft dat idee in een tweede artikel in hetzelfde nummer van Nature.

Donkere materie is een raadsel in de sterrenkunde. Het gaat om onzichtbare deeltjes die wel zwaartekracht uitoefenen op hun omgeving, maar verder vrijwel onopgemerkt blijven. Alles wijst erop dat het heelal vijf maal zoveel mysterieuze donkere materie bevat als 'gewone' atomen, maar niemand weet om wat voor deeltjes het precies gaat. Als Barkana gelijk heeft, vormen radiowaarnemingen een nieuwe manier om meer over het goedje te weten te komen. Op basis van de nieuwe metingen concludeert hij al dat donkere-materiedeeltjes relatief licht moeten zijn.

Bowmans collega Alan Rogers houdt een slag om de arm. 'Momenteel lijkt Barkana's theorie inderdaad de enige plausibele verklaring voor de sterkte van het signaal dat we hebben gevonden', zegt hij, 'maar ik vind het nog te vroeg om definitieve conclusies te trekken.' Ook Bowman wil afwachten of de ontdekking wordt bevestigd door concurrerende teams met andere instrumenten. 'Dat is de volgende stap in het wetenschappelijke proces.'