Źródło obrazu: CfA
Według kosmologów wczesny Wszechświat miał tylko mieszaninę wodoru, helu i innych lżejszych pierwiastków, ale żaden z elementów cięższych nie był potrzebny do życia jak węgiel. Z pierwotnych gazów powstały gigantyczne gwiazdy - niektóre były 200 razy większe od naszego Słońca - żyły przez krótki czas, często zaledwie kilka milionów lat. Te gigantyczne gwiazdy przekształciły do 50% swojego materiału w elementy ciężkie, głównie żelazo, po czym gwałtownie eksplodowały jako supernowe. Teleskop Jamesa Webba, który ma zostać wypuszczony po 2011 roku, będzie tak wrażliwy, że powinien móc spojrzeć wstecz, aby zobaczyć, jak dzieją się te supernowe.
Wczesny wszechświat był jałowym pustkowiem wodoru, helu i odrobiną litu, nie zawierającą żadnych pierwiastków niezbędnych do życia, jakie znamy. Z tych pierwotnych gazów powstały gigantyczne gwiazdy 200 razy masywniejsze niż Słońce, spalające paliwo w tak niesamowitym tempie, że żyli zaledwie około 3 milionów lat przed wybuchem. Te eksplozje wyrzucały pierwiastki takie jak węgiel, tlen i żelazo w pustkę z ogromną prędkością. Nowe symulacje przeprowadzone przez astrofizyków Volkera Bromma (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Naoki Yoshida (National Astronomical Observatory of Japan) i Larsa Hernquista (CfA) pokazują, że pierwsza „największa generacja” gwiazd rozłożyła niesamowite ilości tak ciężkich pierwiastków na tysiące lat świetlnych przestrzeni, tym samym zasiewając kosmos życiem.
Badanie zostało opublikowane online na stronie http://arxiv.org/abs/astro-ph/0305333 i zostanie opublikowane w nadchodzącym numerze The Astrophysical Journal Letters.
„Byliśmy zaskoczeni, jak gwałtowne były pierwsze eksplozje supernowej” - mówi Bromm. „Wszechświat znajdujący się w nieskazitelnym stanie spokoju został szybko i nieodwracalnie przekształcony przez kolosalny wkład energii i ciężkich pierwiastków, przygotowując grunt pod długą kosmiczną ewolucję, która ostatecznie doprowadziła do życia i inteligentnych istot takich jak my.”
Około 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu wszechświat przeżył dramatyczny wybuch formowania się gwiazd. Te pierwsze gwiazdy były masywne i szybko płonęły, szybko wtapiając paliwo wodorowe w cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen. Pod koniec życia, desperacko potrzebując energii, gwiazdy te spalały węgiel i tlen, tworząc cięższe pierwiastki, aż do końca linii z żelazem. Ponieważ żelaza nie można stopić w celu wytworzenia energii, pierwsze gwiazdy eksplodowały następnie jako supernowe, niszcząc elementy, które uformowały w przestrzeń.
Każda z tych pierwszych gigantycznych gwiazd przekształciła około połowę swojej masy w ciężkie pierwiastki, w większości w żelazo. W rezultacie każda supernowa rzuciła do 100 mas Słońca żelaza w ośrodek międzygwiezdny. Trupy śmierci każdej gwiazdy dodawały do nagrody międzygwiezdnej. Stąd, w niezwykle młodym wieku 275 milionów lat, wszechświat został zasadniczo zaszczepiony metalami.
Ten proces wysiewu wspomagany był strukturą dziecięcego wszechświata, gdzie małe protogalaksje o masie mniejszej niż jedna milionowa masy Drogi Mlecznej stłoczone były jak ludzie w zatłoczonym wagonie metra. Małe rozmiary i odległości między tymi protogalaksjami umożliwiły pojedynczej supernowej szybkie zaszczepienie znacznej objętości przestrzeni.
Symulacje superkomputerów Bromma, Yoshidy i Hernquista wykazały, że najbardziej energetyczne wybuchy supernowych wysyłają fale uderzeniowe, które ciskały ciężkie pierwiastki w odległości do 3000 lat świetlnych. Te fale uderzeniowe zamiatały ogromne ilości gazu do przestrzeni międzygalaktycznej, pozostawiając po sobie gorące „bąbelki” i wyzwalały nowe rundy formowania się gwiazd.
Ekspert od supernowej, Robert Kirshner (CfA), powiedział: „Dzisiaj jest to fascynująca teoria oparta na naszym najlepszym zrozumieniu działania pierwszych gwiazd. Za kilka lat, kiedy zbudujemy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, następcę Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, powinniśmy być w stanie zobaczyć te pierwsze supernowe i przetestować pomysły Volkera. Bądźcie czujni!"
Lars Hernquist zauważa, że gwiazdy drugiej generacji zawierały ciężkie pierwiastki z pierwszej generacji - nasiona, z których mogłyby wyrastać planety skaliste, takie jak Ziemia. „Bez tego pierwszego„ największego pokolenia ”gwiazd nasz świat nie istniałby.”
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics z siedzibą w Cambridge, Massachusetts, jest wspólną współpracą Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy CfA, zorganizowani w sześć dywizji badawczych, badają pochodzenie, ewolucję i ostateczny los wszechświata.
Oryginalne źródło: CfA News Release
