Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) mógł właśnie namierzyć mityczną pierwszą generację gwiazd, która rozświetliła kosmiczne mroki tuż po Wielkim Wybuchu.
W świecie astronomii istnieje pewna kategoria obiektów, o których wiemy, iż musiały istnieć, ale nikt ich nigdy nie widział. Są trochę jak mityczny Yeti, o którym każdy słyszał, ale nikt go nie widział. To tak zwane Gwiazdy III Populacji (Pop III), pierwotni giganci, którzy narodzili się z czystego wodoru i helu, kiedy Wszechświat był jeszcze niemowlęciem.
Teraz, dzięki niesamowitej czułości Webba i odrobinie pomocy ze strony samej grawitacji, zespół naukowców uważa, iż w końcu wpadli na ich trop w odległej galaktyce LAP1-B. Wyniki ich badań opublikowano w prestiżowym magazynie The Astrophysical Journal Letters.
Gwiazdy, jakich nie znamy
Wyobraźcie sobie światło, które podróżuje do nas przez 13 miliardów lat. Właśnie tyle czasu zajęło fotonom z galaktyki LAP1-B dotarcie do zwierciadeł Webba. Oznacza to, iż nie widzimy tej galaktyki taką, jaką jest teraz, ale taką, jaką była zaledwie 800 mln lat po Wielkim Wybuchu. To okres, w którym Wszechświat dopiero zaczynał przypominać to, co znamy dzisiaj.
Eli Visbal z Uniwersytetu w Toledo, lider zespołu badawczego, nie kryje ekscytacji. W rozmowie z serwisem Space.com twierdzi wprost, iż jeżeli potwierdzą się ich przypuszczenia, mamy do czynienia z pierwszą w historii detekcją tych pierwotnych gwiazd. Aby tego dokonać, sama inżynieria Webba jednak nie wystarczyła. Potrzebna była kosmiczna lupa.
Kosmiczne szkło powiększające
Nawet dla tak potężnego urządzenia jak JWST, galaktyka LAP1-B byłaby zbyt słaba i odległa, by ją dostrzec. Tutaj z pomocą przyszła fizyka, a konkretnie zjawisko przewidziane przez Alberta Einsteina w jego ogólnej teorii względności z 1915 r., czyli soczewkowanie grawitacyjne.
Soczewka grawitacyjna, która powiększyła LAP1-B, to masywna gromada galaktyk, która znajduje się między Ziemią a LAP1-B w odległości około 4,3 mld lat świetlnych i nosi uroczą nazwę MACS J0416.1-2403 (MACS0416).
Jej masa zakrzywia czasoprzestrzeń, co powoduje, iż światło biegnące zza niej ulega zagięciu i, co najważniejsze, powiększeniu. W przypadku LAP1-B mówimy o powiększeniu rzędu 100 razy. To właśnie ta naturalna, grawitacyjna soczewka pozwoliła Webbowi zajrzeć tak głęboko.
Więcej na Spider’s Web:
Koniec kosmicznych wieków ciemnych
Dlaczego to odkrycie jest tak ważne? Webb obserwuje LAP1-B w kluczowym momencie historii Wszechświata, zwanym epoką rejonizacji. To moment, w którym kosmiczne wieki ciemne dobiegały końca. Neutralny gaz wodorowy i helowy, wypełniający przestrzeń, zaczął być bombardowany promieniowaniem ultrafioletowym z pierwszych gwiazd, zamieniając się w zjonizowaną plazmę.
Gwiazdy III Populacji, których ślady znaleziono w LAP1-B, powstały prawdopodobnie jeszcze przed tą epoką, formując się około 200 mln lat po Wielkim Wybuchu.
Czyste, wielkie i bez metali
To, co odróżnia te pierwotne gwiazdy od Słońca (które jest gwiazdą I Populacji, czyli relatywnie młodą), to ich skład chemiczny. Słońce jest zanieczyszczone cięższymi pierwiastkami, które astronomowie potocznie nazywają metalami. mowa tu o węglu, tlenie czy żelazie. Te pierwiastki powstały wewnątrz wcześniejszych gwiazd i zostały wyrzucone w kosmos podczas wybuchów supernowych.
Gwiazdy III Populacji nie miały przodków. Powstały z czystego, pierwotnego gazu. Ten brak metali miał kolosalne znaczenie dla ich fizyki. Symulacje wskazują, iż pierwotny gaz chłodzi się mniej efektywnie, co prowadzi do mniejszej fragmentacji podczas tworzenia się gwiazd.
Efekt? Zamiast wielu małych gwiazd, powstają giganty. Gwiazdy III Populacji mogły osiągać masy rzędu 100 razy większe od masy Słońca.
Webb potwierdza teorię
Analiza danych z teleskopu Webba wykazała, iż gwiazdy w galaktyce LAP1-B są otoczone gazem, który zawiera jedynie śladowe ilości metali. To potężna przesłanka sugerująca, iż patrzymy właśnie na III Populację. Co więcej, badacze zauważyli, iż obiekty te grupują się w formacje o masie około 1000 mas Słońca, co zgadza się z teoretycznymi modelami formowania się tych pierwotnych olbrzymów w małych strukturach ciemnej materii.
Odkrycie to ma fundamentalne znaczenie nie tylko dla zrozumienia ewolucji gwiazd, ale także samej ciemnej materii. Jak zauważa Visbal, alternatywne modele ciemnej materii wpłynęłyby na to, gdzie i jak te pierwsze gwiazdy powstawały. Obserwowanie ich to więc testowanie naszych fundamentalnych teorii o budowie Wszechświata.
Jeśli te wstępne analizy zostaną ostatecznie potwierdzone, będziemy mogli powiedzieć, iż Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba spełnił jedno ze swoich najważniejszych zadań: pokazał nam, jak zapalały się pierwsze światła w kosmosie.
