Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrył pierwsze gwiazdy, jakie powstały we Wszechświecie – twierdzą badacze z USA
Pracujący w podczerwieni Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest prawdziwym gwiezdnym archeologiem. Jego możliwości pozwalają mu rejestrować światło nieistniejących już, najwcześniejszych obiektów, jakie pojawiły się w naszym Wszechświecie. Trafił też na światło pochodzące z pierwszych gwiazd, powstałych niedługo po Wielkim Wybuchu.
Jeśli coś w znanym nam Wszechświecie przypomina wehikuł czasu, jest nim światło. Światło naszej dziennej gwiazdy dociera do Ziemi w osiem minut. Czyli Słońce zawsze będziemy widzieli takim, jakim było osiem minut wcześniej. Im dalej w kosmos, tym wartości te się zwiększają. Na przykład gwiazda Betelgeza, najlepsza obecnie kandydatka na supernową, znajduje się około 640 lat świetlnych od nas. Czyli widzimy ją taką, jaką była 640 lat temu. Swoją drogą jest to jeden z powodów pojawiających się sugestii, że Betelgeza już stała się supernową, jednak ze względu na odległość i prędkość światła, nie możemy tego jeszcze dostrzec.
Teleskop Jamesa Webba: kosmiczny archeolog
Nasze kosmiczne oko, supernowoczesny Teleskop Jamesa Webba (JWST), skanuje niebo w poszukiwaniu światła skrajnie przesuniętego ku czerwieni. Czyli pochodzącego z najodleglejszych, a tym samym z najstarszych obiektów we Wszechświecie. Światło najdalej położonych obiektów badanych przez JWST zostało rozciągnięte ponad 15-krotnie. Bazując na przesunięciu ku czerwieni (redshift) można obliczyć odległość i wiek światła, a co za tym idzie – odległość i wiek obiektu, który je wyemitował.
Regularnie pojawiają się kolejne informacje o tym, że JWST odkrył pierwsze galaktyki, a ich wiek co pewien czas przesuwa się o kolejne miliony lat. Jednak to odkrycie pierwszych gwiazd wydaje się bardziej intrygujące. W dodatku amerykańscy astronomowie z Uniwersytetów Columbia i Toledo przekonują, że teleskop już odnalazł te olbrzymie i żyjące wyjątkowo krótko obiekty.
Gwiazdy trzeciej populacji
– Naprawdę potrzebowaliśmy czułości JWST. Potrzebowaliśmy też stukrotnego powiększenia wywołanego soczewkowaniem grawitacyjnym gromady galaktyk znajdującej się między nami a galaktyką LAP1-B – napisali naukowcy z artykule opublikowanym na łamach „The Astronomical Journal Letters".
Pierwsze gwiazdy składały się wyłącznie z wodoru i helu oraz miały bardzo duże masy, dochodzące do 1000 mas Słońca. Żyły krótko i zainicjowały tworzenie się we Wszechświecie pierwszych metali. Co ciekawe, określa się je mianem Populacji III (POP III). Jest to nieco mylące, jednak wynika bezpośrednio z historii astronomii. Po prostu kategoria ta została dodana już po ustaleniu POP I - gwiazd młodych i metalicznych, a także POP II - starych i małometalicznych.
Właśnie gwiazdy POP III badał JWST w galaktyce LAP1-B. Światło z tej galaktyki podróżowało 13 miliardów lat, zanim dotarło do JWST, co oznacza, że widzimy LAP1-B taką, jaka była zaledwie 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Może to być pierwszy raz, gdy widzimy tak pradawne gwiazdy.
– Jeśli rzeczywiście gwiazdy w LAP1-B należą do POP III, to jest to pierwsza detekcja tych pierwotnych gwiazd – powiedział portalowi Space.com kierujący zespołem Eli Visbal z Uniwersytetu w Toledo
Koniec kosmicznych „wieków ciemnych”
JWST obserwuje galaktykę LAP1-B taką, jaka była w epoce zwanej „okresem rejonizacji”, podczas której ultrafioletowe światło od pierwszych gwiazd i galaktyk przekształcało obojętny gaz wodoru i helu w naładowaną, przegrzaną plazmę. Okres ten wyznacza koniec „kosmicznych ciemnych wieków”.
Gwiazdy trzeciej populacji uznaje się za powstałe jeszcze przed tą epoką — około 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu, kiedy Wszechświat rozszerzył się i ostygł na tyle, by elektrony i protony mogły połączyć się w pierwsze atomy wodoru, najlżejszego pierwiastka.
– W standardowym modelu kosmologicznym gwiazdy POP III tworzą się w bardzo małych strukturach ciemnej materii, które stanowią budulec większych galaktyk. Uczą nas więc o najwcześniejszych etapach formowania i ewolucji galaktyk. Mogą też dostarczyć informacji o własnościach ciemnej materii, ponieważ alternatywne modele ciemnej materii wpływają na to, gdzie takie gwiazdy powstają — wyjaśnia Visbal.
Dlaczego gwiazd POP III nie odkryto wcześniej?
Gwiazdy POP III były trudne do uchwycenia, ponieważ w większości powstawały bardzo wcześnie, są więc niezwykle odległe i występują w małych skupiskach. A ponieważ gwiazdy powstawały w czasach, gdy Wszechświat zawierał głównie wodór i hel, a jedynie śladowe ilości cięższych pierwiastków, pierwsza generacja gwiazd powinna wyraźnie odróżniać się od współczesnych, „metalicznych” gwiazd takich jak Słońce (gwiazda Populacji I).
Odkrycia te sugerują również, że soczewkowanie grawitacyjne może okazać się skuteczną metodą poszukiwania kolejnych gwiazd POP III w odległych epokach, czyli przy wysokich przesunięciach ku czerwieni. Teraz zespół zamierza przeprowadzić bardziej szczegółowe symulacje hydrodynamiczne przejścia od gwiazd Pop III do Pop II, by sprawdzić, czy są zgodne ze widmem LAP1-B i podobnych obiektów.
Źródło: Space.com
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.