De 10-secondenpuls uit de oerknal: hoe wetenschappers een 13 miljard jaar oude boodschap ontcijferen

Stel je voor: een flits van energie die het universum doorkruiste toen het nog maar een fractie van zijn huidige leeftijd had. Dit is geen sciencefiction, maar een reëel fenomeen dat natuurkundigen nu proberen te ontrafelen. We hebben het over een extreem korte, intense lichtflits die meer dan 13 miljard lichtjaar van ons verwijderd is.

Waarom is dit zo belangrijk? Omdat het ons een direct kijkje geeft in de allereerste momenten na de oerknal, lang voordat de eerste sterren überhaupt gevormd werden. Dit soort signalen zijn zeldzaam en vereisen de meest geavanceerde technologie om ze überhaupt op te pikken. Als je dit mist, mis je cruciale puzzelstukjes over hoe ons universum is ontstaan.

Het signaal: een ultragebeurtenis op kosmische schaal

Dit unieke verschijnsel werd geïdentificeerd als een gamma-ray burst (GRB). Dit zijn de krachtigste explosies in het heelal, vaak veroorzaakt door de ineenstorting van superzware sterren of de samensmelting van neutronensterren. Maar deze specifieke uitbarsting, aangeduid als GRB 250314A, was anders.

Een fractie van een seconde dat de geschiedenis herschrijft

Wat deze gebeurtenis zo bijzonder maakte, was de extreem korte duur. De hele energie-uitbarsting duurde slechts ongeveer 10 seconden, maar in die tijd straalde het meer energie uit dan onze zon in haar hele levensduur van 10 miljard jaar zou doen. Dat is een schaal die je moeilijk kunt bevatten, zelfs als je gewend bent aan de grootte van Nederlandse provincies.

• De meeste GRB’s duren langer – vaak minutenlang.
• Deze korte duur wijst mogelijk op een specifiek type ineenstorting van een monsterster.
• De lichtflits gaf ons informatie over de staat van gaswolken op dat moment.

De rol van de James Webb-ruimtetelescoop (JWST)

Nu de 'flits' zelf is waargenomen, begint het echte speurwerk. Het licht van de explosie, dat dus al 13 miljard jaar onderweg was, bereikte ons niet alleen. Het fungeerde als een kosmische zaklamp die scheen door de interstellaire materie op zijn pad.

Wetenschappers gebruikten de James Webb Space Telescope (JWST), specifiek de NIRCam- en NIRSpec-instrumenten, om de overblijfselen van de explosie te bestuderen. Ze keken naar het licht dat na de knal door de gaswolken filterde, vergelijkbaar met hoe je het licht van een verre straatlantaarn bestudeert door een mistgordijn heen.

Wat het gas ons vertelt

Door de spectrale analyse van dit gefilterde licht konden astronomen achterhalen welke chemische elementen zich in die gaswolken bevonden. Dit is cruciaal, want in de vroege kosmos waren er nog nauwelijks zware elementen. De analyse gaf inzicht in de verhoudingen van waterstof en helium, en de aanwezigheid van zwaardere metalen – elementen die pas later door sterren werden gevormd. Dit is de chemische handtekening van het vroege universum.

De verrassende ontdekking

Het meest intrigerende resultaat kwam van de vergelijking met onze huidige kosmologische modellen. De metingen van de gasdichtheid en samenstelling kwamen verrassend goed overeen met wat theoretici verwachten voor die vroege periode. Dit bevestigt met name de bestaande aannames over de vorming van de eerste sterrenstelsels (Hoofdstuk III van de kosmische geschiedenis).

De onderzoekers gebruikten ook de Director's Discretionary Time om de achtergrondstraling van de explosie verder te analyseren in de nasleep, wat hen hielp om de omgeving van de sterrenexplosie preciezer te kalibreren.

Een nieuw Venster op de Oerknal

Deze gebeurtenissen zijn zeldzaam. De kans dat we ooit nog zo'n heldere, korte GRB waarnemen die ook nog eens perfect gepositioneerd is ten opzichte van onze telescopen, is klein. Daarom is de data die nu uit de analyse komt van onschatbare waarde voor kosmologen, vergelijkbaar met het vinden van een perfect bewaard gebleven fossiel op een Nederlandse bouwplaats.

De analyse van GRB 250314A geeft ons een zeldzame blik op hoe* de allereerste zware elementen werden verspreid. Het bevestigt dat de kosmische fabrieken van elementen al zeer efficiënt functioneerden, lang voordat ons eigen zonnestelsel bestond.