Przejdź do treści

Hubble dokonuje zaskakującego odkrycia we wczesnym Wszechświecie

Wizja artystyczna wczesnego Wszechświata

Nowe wyniki uzyskane z teleskopu Hubble’a sugerują, że powstawanie pierwszych gwiazd i galaktyk nastąpiło wcześniej, niż dotychczas sądzono. Europejski zespół astronomów nie znalazł dowodów na istnienie gwiazd pierwszej generacji, znanych jako gwiazdy III populacji, w czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie 500 mln lat.

Badanie pierwszych galaktyk pozostaje znaczącym wyzwaniem we współczesnej astronomii. Nie wiemy, kiedy i jak powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki. Na te pytania można odpowiedzieć dzięki głębokiemu obrazowaniu teleskopu Hubble’a. HST pozwala astronomom oglądać Wszechświat, gdy ten miał zaledwie 500 mln lat.

Zespół kierowany przez Rachanę Bhatawdekar z ESA postanowił zbadać pierwszą generację gwiazd we wczesnym Wszechświecie. Gwiazdy III populacji powstały z pierwotnej materii, która wyłoniła się z Wielkiego Wybuchu. Gwiazdy III populacji musiały składać się wyłącznie z wodoru, helu i litu. To jedyne pierwiastki, które istniały przed procesami w jądrach tych gwiazd i mogły tworzyć cięższe pierwiastki, takie jak tlen, azot, węgiel i żelazo.

Bhatawdekar i jej zespół zbadali wczesny Wszechświat od okresu 500 mln do 1 mld lat po Wielkim Wybuchu, analizując gromadę MACSJ0416 i jej analogiczne pole za pomocą HST (z pomocniczymi danymi ze Spitzera i VLT). „Nie znaleźliśmy żadnych dowodów na istnienie gwiazd pierwszej generacji z III populacji w tym przedziale czasowym” – powiedziała Bhatawdekar o nowych wynikach.

Rezultat został osiągnięty dzięki wykorzystaniu kamer zamontowanych na HST w ramach programu Hubble Frontier Fields. Program ten dostarczył najgłębszych obserwacji gromad galaktyk oraz galaktyk znajdujących się za nimi, które zostały powiększone przez efekt soczewkowania grawitacyjnego, odkrywając w ten sposób galaktyki 10–100 razy słabsze niż jakiekolwiek wcześniej zaobserwowane. Masy gromad galaktyk na pierwszym planie są wystarczająco duże, aby zginać i wzmacniać światło od bardziej odległych obiektów za nimi. Dzięki zjawisku soczewkowania HST mógł badać obiekty, które przekraczają jego normalne możliwości operacyjne.

Zespół opracował nową technikę usuwającą światło z jasnych galaktyk na pierwszym planie, które tworzą te soczewki grawitacyjne. Pozwoliło im to odkryć galaktyki o mniejszych masach, niż kiedykolwiek wcześniej obserwowano przy pomocy Hubble’a, w odległości odpowiadającej 1 mld lat istnienia Wszechświata. W tym kosmicznym momencie brak dowodów na egzotyczne populacje gwiazd i identyfikacja wielu galaktyk o małej masie przemawia za sugestią, że galaktyki te są najbardziej prawdopodobnymi kandydatami do rejonizacji Wszechświata. Ten okres rejonizacji we wczesnym Wszechświecie ma miejsce, gdy neutralne międzygalaktyczne środowisko zostaje zjonizowane przez pierwsze gwiazdy i galaktyki.

„Wyniki te mają głębokie astrofizyczne konsekwencje, ponieważ pokazują, że galaktyki musiały powstać znacznie wcześniej, niż nam się wydawało. To również mocno popiera ideę, że za rejonizację we wczesnym Wszechświecie są odpowiedzialne małomasywne/słabe galaktyki” – powiedziała Bhatawdekar.

Te wyniki sugerują również, że najwcześniejsze powstanie gwiazd i galaktyk nastąpiło znacznie wcześniej, niż można to badać za pomocą Hubble’a. Zostawia to ciekawy obszar dalszych badań dla nadchodzącego teleskopu Jamesa Webba – zbadanie najwcześniejszych galaktyk we Wszechświecie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
Hubble Makes Surprising Find in the Early Universe

Evolution of the galaxy stellar mass functions and UV luminosity functions at z=6−9 in the Hubble Frontier Fields

Źródło: HST

Na ilustracji: Wizja artystyczna wczesnego Wszechświata. Źródło: ESA/Hubble, M. Kornmesser, NASA.