Helium blijkt succesvol gereedschap. De kosmische verspreiding van dit oerelement weerspiegelt de chemische evolutie van het heelal.
Na de oerknal ruim tien miljard jaar geleden begon het heelal met uitdijen. Materie zoals waterstof en helium verspreidde zich. Tot nog toe gebruikten sterrenkundigen de verhouding tussen deuterium en waterstof om meer te leren over de chemische evolutie van het heelal. Wetenschappers vertellen in Science dat ze nu ook de verhouding tussen de isotopen helium-3 en helium-4 als model kunnen gebruiken voor kosmische deeltjesverspreiding. Er is veel kennis bijgekomen over het voorkomen van helium-3 en helium-4 op diverse plekken in het heelal.
De aardse verhouding helium-3/ helium-4 ligt anders dan sterrenkundigen voorspelden volgens oerknalberekeningen. Op basis daarvan verwachtten ze een verhouding helium-3/ helium-4 van ongeveer 10-4. Maar volgens radiotelescopische metingen ligt de aardse verhouding lager, variërend van 10-6 in de atmosfeer tot 10-8 in vulkanisch gesteente.
Het grote verschil in verhouding heeft een natuurlijke en menselijke oorzaak. Alhoewel de Aarde oorspronkelijk zonder helium-4 ontstond, komt door radioactief verval van elementen zoals thorium en uraan aards helium-4 wel voor. Evenmin was er bij het ontstaan van de Aarde helium-3, maar nucleaire wapentesten en op Aarde neerstortende brokstukken meteoriet laten helium-3-sporen achter.
Daarentegen geven kosmische heliumbronnen, die voornamelijk helium-3 bevatten, betrouwbaardere informatie over de deeltjesverspreiding, vinden astronomen. Daarom richten ze radiotelescopen op meteorieten, zonnewinden – stromen van geladen deeltjes die de Zon verlaten – en de wolkenrijke atmosfeer van Jupiter. Opmerkelijk is dat de gemeten hoeveelheid kosmisch deuterium, helium-3 en helium-4 slechts vier procent is van de materie die nodig is om de uitdijing van het heelal om te keren.
Eindelijk beginnen astronomen te begrijpen hoe het oerelement helium-3 in het heelal evolueerde. Nieuwe helium-3-meetproeven met bijvoorbeeld de gigantische Robert C. Byrd Telescoop in Green Bank, West Virginia – met een hoogte van 148 meter groter dan het Vrijheidsbeeld – zullen de komende jaren nieuwe en gedetailleerdere informatie leveren. Maar helium-3 is nu al een belangrijk instrument om de chemische evolutie te modelleren.
Frederique Melman
