James Webb toont "kosmische jaarringen" van twee reuzensterren in alle glorie

Op kerstdag vorig jaar is de James Webb-ruimtetelescoop gelanceerd. Hij is met een diameter van 6,5 meter de grootste en meest krachtige telescoop die de mens al de ruimte in gestuurd heeft. James Webb bevindt zich op 1,6 miljoen kilometer van de aarde. Vanaf daar speurt de telescoop naar exoplaneten en het licht van sterren dat al miljarden jaren onderweg is.

James Webb is sinds begin juli volledig operationeel, na een periode waarin alle instrumenten ontplooid en afgesteld moesten worden. Een korte periode nog maar, maar de beelden die de telescoop in die korte periode al heeft doorgestuurd, doen wetenschappers versteld staan. De foto's leveren niet alleen adembenemende beelden op, maar ook een schat aan onderzoeksmateriaal.

Wetenschappers hebben zich nu gebogen over een opvallende foto die James Webb eind augustus doorgestuurd heeft: een heldere vlek met concentrische ringen rondom zich die steeds verder uitdeinen. Vergelijk het met de manier waarop de jaarringen van een boomstam opgebouwd zijn. Astronomen zijn enthousiast omdat ze uit dit beeld mogelijk veel kunnen leren over de geschiedenis van het heelal.

We kijken hier naar het resultaat van een interactie tussen twee reuzensterren, een formatie die bekendstaat als de binaire (dubbele) Wolf-Rayet 140, kortweg WR 140. Ze bestaat uit enerzijds een grote Wolf-Rayetster en anderzijds een nog grotere blauwe reus. Een Wolf-Rayetster is een specifieke reuzenster met een massa die minstens 20 keer zo groot is als die van onze zon en aan het einde van zijn levenscyclus zit. Een blauwe reus is een buitengewoon heldere reuzenster.

Een Wolf-Rayetster is gloeiend heet (tussen de circa 25.000 en 50.000 graden) en verliest voortdurend enorm veel massa door krachtige winden. Die stuwen gigantische hoeveelheden gas de ruimte in. Ook de blauwe reus verliest snel veel massa (gas) door stevige wind. De concentrische ringen rond WR 140 zijn daar het resultaat van. De sterren draaien in een baan om elkaar heen, het duurt acht jaar voor ze volledig rond zijn. Elke acht jaar, als de sterren dicht rond elkaar cirkelen, vormt zich een ring. De windstromen botsen, waardoor de gasdeeltjes bij elkaar geperst worden tot stof.

"Elke acht jaar blaast WR 140 een mooi gevormde gasring uit, die dan door de sterrenwind wordt opgeblazen als een ballon, zegt professor Peter Tuthill van het Syndey Institute for Astronomy aan de universiteit van Sydney aan de Britse krant The Guardian . "Acht jaar later, als de sterren weer bij elkaar komen, verschijnt er een nieuwe ring, dezelfde als de vorige, die in de ruimte stroomt binnen de bubbel van de vorige. Net als een serie grote Russische poppen die in elkaar passen." De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA heeft het zelf over "kosmische jaarringen".

Astronomen konden WR 140 al eerder observeren en merkten 2, mogelijk 3 cirkels op. James Webb heeft dat beeld spectaculair bijgesteld, want er zijn nu maar liefst minstens 17 ringen geteld. En die ringen strekken zich uit over een afstand van 10 biljoen kilometer. 1 biljoen is een 1 met 12 nullen, 10 biljoen is dus een 1 met 13 nullen. Niet abnormaal dat het daarbij gaat duizelen, het is een afstand waar we ons niets bij kunnen voorstellen. De omvang van WR 140 met al zijn ringen is 70.000 keer de afstand tussen de aarde en onze zon en is groter dan ons eigen zonnestelsel.

James Webb kon niet alleen 17 ringen op beeld vastleggen, maar ook het licht analyseren dat van die ringen afstraalt. Daardoor hebben wetenschappers ook de samenstelling van die ringen kunnen onderzoeken. Ze vonden voornamelijk polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's), verbindingen die heel rijk zijn aan koolstof. PAK's vind je onder meer op verbrande toast en in de uitstoot van voertuigen, maar de PAK's die sterren uitstoten, zijn van een ander kaliber. Daarvan wordt aangenomen dat ze de koolstofomgeving in het hele universum verrijken. En dat is belangrijk voor de ontwikkeling van sterren en planeten.

De structuur met 17 ringen heeft zich ontwikkeld over de loop van 130 jaar. "We kijken hier naar meer dan een eeuw van stofproductie door dit systeem", zegt Ryan Lau van het US National Science Foundation's NOIRLab. Wetenschappers hopen hiermee nieuwe inzichten te krijgen in hoe de eerste generatie sterren hun omgeving vulden met stof en gas, die op hun beurt de aanleiding waren voor volgende generaties van sterren.

Volgens de NASA heeft James Webb met zijn observatie aangetoond dat Wolf-Rayetsterren koolstofrijke moleculen kunnen produceren en bewaren. Wie weet is onze eigen zon wel gevormd met de hulp van een Wolf-Rayetster, klinkt het.