Odkąd astronomowie zdali sobie sprawę, że Wszechświat znajduje się w ciągłym stanie ekspansji i że masowa eksplozja prawdopodobnie rozpoczęła go wszystkie 13,8 miliarda lat temu (Wielki Wybuch), nie było odpowiedzi na pytanie, kiedy i jak powstały pierwsze gwiazdy. Na podstawie danych zgromadzonych przez NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) i podobnych misji, uważa się, że stało się to około 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Wiele szczegółów dotyczących tego skomplikowanego procesu pozostawało tajemnicą. Jednak nowe dowody zebrane przez zespół kierowany przez naukowców z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka wskazują, że pierwsze gwiazdy musiały powstać dość szybko. Korzystając z danych z teleskopów Magellana w Obserwatorium Las Campanas, zespół zaobserwował chmurę gazu, w której formowanie gwiazd miało miejsce zaledwie 850 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Badanie opisujące ich odkrycia, które niedawno pojawiły się w Astrophysical Journal, prowadził Eduardo Bañados. W tamtym czasie członek Carnegie Institution for Science, Banados i jego koledzy obserwowali chmurę gazową podczas dalszych obserwacji 15 badań najbardziej odległych kwazarów.
Ankieta została przygotowana przez Chiarę Mazzucchelli, astronomkę z Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO) i współautorkę badań w ramach jej doktoratu. badania w Instytucie Astronomii im. Maxa Plancka. Badając w szczególności widma jednego kwazara (P183 + 05), zauważyli, że ma on pewne dość szczególne cechy.
Korzystając z 6,5 m teleskopów Magellana instytucji Carnegie w Obserwatorium Las Campanas w Chile, Banados i jego koledzy rozpoznali cechy spektralne tego, czym są: pobliską chmurę gazową oświetlaną przez kwazar. Widma pokazały im również, jak daleko chmura gazu znajduje się od Ziemi - w odległości ponad 13 miliardów lat świetlnych - czyniąc ją jednym z najodleglejszych, jakie kiedykolwiek obserwowali i identyfikowali astronomowie.
Ponadto odkryli widma wskazujące na obecność śladowych ilości pierwiastków, takich jak węgiel, tlen, żelazo i magnez - chemicznie określane jako „metale”, ponieważ są cięższe od helu. Takie pierwiastki powstały we wczesnym Wszechświecie, gdy pierwsze generacje gwiazd (aka „populacja III”) wypuściły je w kosmos po osiągnięciu końca życia i eksplodowały jako supernowe.
Jak powiedział Michael Rauch, astronom z Carnegie Institution of Science i współautor nowego badania:
„Po tym, jak przekonaliśmy się, że [patrzymy] na tak nieskazitelny gaz zaledwie 850 milionów lat po Wielkim Wybuchu, zaczęliśmy się zastanawiać, czy ten system nadal może zachować sygnatury chemiczne wytwarzane przez pierwszą generację gwiazd”.
Znalezienie pierwszej generacji gwiazd od dawna było celem astronomów, ponieważ pozwoliłoby na pełniejsze zrozumienie historii Wszechświata. Z biegiem czasu pierwiastki cięższe od wodoru odegrały kluczową rolę w tworzeniu gwiazd, w których materia zlepia się ze względu na wzajemne przyciąganie, a następnie ulega zapadkowi grawitacyjnemu.
Ponieważ uważa się, że tylko Wielki wodór i hel istniały we Wszechświecie po Wielkim Wybuchu, pierwsza generacja gwiazd nie miała tych pierwiastków chemicznych - co odróżnia je od każdej następnej generacji. Zaskakujące było zatem odnotowanie względnej ilości tych pierwiastków w tak wczesnej chmurze gazowej, która w rzeczywistości była porównywalna z tym, co astronomowie widzą dzisiaj w międzygalaktycznych chmurach gazowych.
Obserwacje te stanowią poważne wyzwanie dla konwencjonalnych teorii dotyczących powstawania pierwszych gwiazd we wszechświecie. Zasadniczo oznacza to, że formowanie gwiazd musiało się rozpocząć znacznie wcześniej, aby wytworzyć te pierwiastki chemiczne. Na podstawie badań z udziałem supernowych typu Ia szacuje się, że wybuchy niezbędne do wytworzenia tych metali o obserwowanej obfitości zajmie około 1 miliarda lat.
Krótko mówiąc, naukowcy mogli być zaniepokojeni około pokoleniem, jeśli chodzi o to, kiedy narodziły się pierwsze gwiazdy, co sugeruje, że mogły istnieć jakieś w najwcześniejszych eonach Wszechświata. To faktycznie oznacza, że pierwsze gwiazdy musiałyby powstać dość szybko z pierwotnej zupy wodoru i helu, która była wczesnym wszechświatem. Odkrycie to może mieć poważne implikacje dla teorii dotyczących ewolucji kosmicznej.
Jak powiedział Bañados, celem jest teraz potwierdzenie tego przez znalezienie dodatkowych chmur gazu o podobnych obfitościach chemicznych:
„To ekscytujące, że możemy mierzyć metaliczność i obfitość chemiczną tak wcześnie w historii wszechświata, ale jeśli chcemy zidentyfikować sygnatury pierwszych gwiazd, musimy sondować jeszcze wcześniej w historii kosmicznej. Jestem optymistą, że znajdziemy jeszcze bardziej odległe chmury gazu, które mogłyby pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób narodziły się pierwsze gwiazdy. ”
Względność mówi nam, że przestrzeń i czas są dwoma wyrazami tej samej rzeczywistości. Ergo, patrząc w głąb Wszechświata, patrzymy również w przeszłość. W ten sposób astronomowie byli w stanie dostosować swoje kosmologiczne modele i pomysły dotyczące tego, jak i kiedy wszystko się zaczęło. Wiedząc, że pierwsze gwiazdy we Wszechświecie mogą mieć swoje pochodzenie cofnięte jeszcze wcześniej; to tylko część krzywej uczenia się!
