“Dit is een van de meest opwindende studies waaraan ik heb gewerkt,” zegt Philipp Heck, een curator van het Field Museum, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Chicago, en hoofdauteur van een artikel waarin de bevindingen worden beschreven in de Proceedings of the National Academy of Sciences. “Dit zijn de oudste vaste materialen die ooit zijn gevonden, en ze vertellen ons over hoe sterren in ons melkwegstelsel zijn gevormd.”

De materialen die Heck en zijn collega’s hebben onderzocht, worden presolaire korrels genoemd-mineralen die zijn gevormd voordat de zon werd geboren. “Het zijn vaste monsters van sterren, echt sterrenstof,” zegt Heck. Deze stukjes sterrenstof kwamen vast te zitten in meteorieten waar ze miljarden jaren onveranderd bleven, waardoor ze tijdcapsules werden van de tijd voordat het zonnestelsel ontstond.

Maar presolaire korrels zijn moeilijk te vinden. Ze zijn zeldzaam, slechts te vinden in ongeveer vijf procent van de meteorieten die op aarde zijn gevallen, en ze zijn klein – honderd van de grootste zouden passen op de punt aan het eind van deze zin. Maar het Field Museum heeft het grootste deel van de Murchison meteoriet, een schat aan presolaire korrels die in 1969 in Australië viel en die de inwoners van Murchison, Victoria, aan de wetenschap ter beschikking stelden. De presolaire korrels voor deze studie werden ongeveer 30 jaar geleden aan de Universiteit van Chicago uit de Murchison meteoriet geïsoleerd.

“Het begint met het vermalen van fragmenten van de meteoriet tot een poeder ,” legt Jennika Greer uit, een afgestudeerde student aan het Field Museum en de Universiteit van Chicago en co-auteur van de studie. “Zodra alle stukken zijn gescheiden, is het een soort pasta, en het heeft een scherpe eigenschap – het ruikt naar rotte pindakaas.”

Deze “rotte-pindakaas-meteorietpasta” werd vervolgens opgelost met zuur, totdat alleen de presolaire korrels overbleven. “Het is als het afbranden van de hooiberg om de naald te vinden,” zegt Heck.

Toen de presolaire korrels eenmaal geïsoleerd waren, zochten de onderzoekers uit van welke soorten sterren ze afkomstig waren en hoe oud ze waren. “We gebruikten blootstellingsleeftijdsgegevens, die in feite hun blootstelling aan kosmische straling meten, wat hoogenergetische deeltjes zijn die door ons melkwegstelsel vliegen en vaste materie binnendringen,” legt Heck uit. “Sommige van deze kosmische stralen reageren met de materie en vormen nieuwe elementen. En hoe langer ze worden blootgesteld, hoe meer die elementen zich vormen.

“Ik vergelijk dit met het uitsteken van een emmer in een regenbui. Aangenomen dat de regenval constant is, kun je aan de hoeveelheid water die zich in de emmer ophoopt, zien hoe lang die emmer blootgesteld is geweest,” voegt hij eraan toe. Door te meten hoeveel van deze nieuwe, door kosmische straling geproduceerde elementen aanwezig zijn in een presolaire korrel, kunnen we zien hoe lang hij is blootgesteld aan kosmische straling, wat ons vertelt hoe oud hij is.

De onderzoekers ontdekten dat sommige van de presolaire korrels in hun monster de oudste waren die ooit zijn ontdekt, gebaseerd op hoeveel kosmische straling ze hadden opgevangen, de meeste korrels moesten 4,6 tot 4,9 miljard jaar oud zijn, en sommige korrels waren zelfs ouder dan 5,5 miljard jaar. Ter vergelijking: onze zon is 4,6 miljard jaar oud, en de aarde 4,5 miljard.

Maar de leeftijd van de presolaire korrels was niet het einde van de ontdekking. Omdat presolaire korrels worden gevormd als een ster sterft, kunnen ze ons iets vertellen over de geschiedenis van sterren. En 7 miljard jaar geleden werd er blijkbaar een overvloed aan nieuwe sterren gevormd – een soort astrale babyboom.

“We hebben meer jonge korrels dan we verwacht hadden,” zegt Heck. “Onze hypothese is dat de meeste van die korrels, die 4,9 tot 4,6 miljard jaar oud zijn, gevormd zijn tijdens een periode van versterkte stervorming. Er was een tijd voor het begin van het zonnestelsel waarin meer sterren werden gevormd dan normaal.”

Deze bevinding is munitie in een debat tussen wetenschappers over de vraag of nieuwe sterren al dan niet in een gestaag tempo worden gevormd, of dat er in de loop van de tijd pieken en dalen zijn in het aantal nieuwe sterren. “Sommige mensen denken dat de stervormingssnelheid van het sterrenstelsel constant is,” zegt Heck. “Maar dankzij deze korrels hebben we nu met monsters van meteorieten direct bewijs voor een periode van verhoogde stervorming in ons melkwegstelsel zeven miljard jaar geleden. Dit is een van de belangrijkste bevindingen van onze studie.”

Heck merkt op dat dit niet het enige onverwachte is dat zijn team heeft gevonden. Als bijna een bijzaak bij de belangrijkste onderzoeksvragen, bij het onderzoeken van de manier waarop de mineralen in de korrels interageerden met kosmische straling, leerden de onderzoekers ook dat presolaire korrels vaak door de ruimte zweven samengeklit in grote clusters, “zoals granola,” zegt Heck. “Niemand had gedacht dat dit op die schaal mogelijk was.”

Heck en zijn collega’s verheugen zich erop dat al deze ontdekkingen onze kennis van ons melkwegstelsel zullen vergroten. “Met deze studie hebben we rechtstreeks de levensduur van sterrenstof bepaald. We hopen dat dit zal worden opgepikt en bestudeerd, zodat mensen dit kunnen gebruiken als input voor modellen van de hele galactische levenscyclus,” zegt hij.

Heck merkt op dat er nog levenslange vragen te beantwoorden zijn over presolaire korrels en het vroege zonnestelsel. “Ik wou dat er meer mensen aan werkten om meer te weten te komen over ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg,” zegt hij.

“Als je hier eenmaal over hebt geleerd, hoe wil je dan nog iets anders bestuderen?” zegt Greer. “Het is geweldig, het is het interessantste ding ter wereld.”

“Ik heb altijd astronomie willen doen met geologische monsters die ik in mijn hand kan houden,” zegt Heck. “Het is zo opwindend om naar de geschiedenis van ons sterrenstelsel te kijken. Sterrenstof is het oudste materiaal dat de aarde heeft bereikt, en daarvan kunnen we leren over onze moedersterren, de oorsprong van de koolstof in ons lichaam, de oorsprong van de zuurstof die we inademen. Met sterrenstof kunnen we dat materiaal terugvoeren tot de tijd vóór de zon.”

“Het is het op één na beste dat je kunt doen als je rechtstreeks een monster van een ster kunt nemen,” zegt Greer.

Aan deze studie werkten mee onderzoekers van het Field Museum, de Universiteit van Chicago, het Lawrence Livermore National Laboratory, de Universiteit van Washington, de Harvard Medical School, de ETH Zürich, en de Australian National University. Financiering werd verstrekt door de NASA, de TAWANI Foundation, de National Science Foundation, het Department of Energy, de Zwitserse National Science Foundation, de Braziliaanse Nationale Raad voor Wetenschappelijke en Technologische Ontwikkeling en het Field Museum’s Science and Scholarship Funding Committee.