Kosmiczny Teleskop Hubble’a ustanowił nowy, niezwykły punkt odniesienia: wykrył światło gwiazdy, która istniała w ciągu pierwszych miliardów lat po Wielkim Wybuchu (przy przesunięciu ku czerwieni 6,2) – jest to najodleglejsza pojedyncza gwiazda, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Wyznacza to główny cel dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w pierwszym roku jego pracy.
To znalezisko jest olbrzymim skokiem w czasie w porównaniu z poprzednią rekordzistką, pojedynczą gwiazdą wykrytą przez Hubble’a w 2018 roku. Gwiazda ta istniała, gdy Wszechświat miał około 4 miliardów lat, czyli 30% swojego obecnego wieku, w czasie, który astronomowie określają jako „redshift 1,5”. Naukowcy używają słowa „redshift”, ponieważ w miarę rozszerzania się Wszechświata światło pochodzące od odległych obiektów jest rozciągane lub „przesuwane” w kierunku dłuższych, bardziej czerwonych długości fal, gdy podróżuje do nas.
Nowo wykryta gwiazda znajduje się tak daleko, że jej światło potrzebowało 12,9 miliarda lat, aby dotrzeć do Ziemi, ukazując się nam tak jak wtedy, gdy Wszechświat miał zaledwie 7% swojego obecnego wieku, przy przesunięciu ku czerwieni 6,2. Najmniejsze obiekty widziane wcześniej w tak dużej odległości były gromadami gwiazd osadzonymi wewnątrz wczesnych galaktyk.
Na początku prawie w to nie wierzyliśmy, bo była o wiele dalej niż poprzednio odkryta najodleglejsza gwiazda o najwyższym redshifcie – powiedział astronom Brian Welch z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore, główny autor pracy opisującej odkrycie, która ukazała się w czasopiśmie „Nature”. Odkrycia dokonano na podstawie danych zebranych podczas przeglądu Hubble'a RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey), prowadzonego przez współautora pracy, Dana Coe ze Space Telescope Science Institute (STScI).
Zazwyczaj przy takich odległościach całe galaktyki wyglądają jak małe smugi, światło milionów gwiazd zlewa się ze sobą – powiedział Welch. Galaktyka goszcząca tę gwiazdę została powiększona i zniekształcona przez soczewkowanie grawitacyjne w długi półksiężyc, który nazwaliśmy Łukiem Wschodzącego Słońca. Po dokładnym zbadaniu galaktyki Welch ustalił, że jedną z cech charakterystycznych jest niezwykle powiększona gwiazda, którą nazwał Earendel, co w języku staroangielskim oznacza „Gwiazdę Poranną”. Odkrycie to zapowiada otwarcie niezbadanej ery bardzo wczesnego formowania się gwiazd.
Earendel istniała tak dawno temu, że mogła nie mieć tych samych składników, co gwiazdy, które są wokół nas dzisiaj – wyjaśnia Welch. Badanie Earendel będzie oknem na nieznaną nam epokę Wszechświata, która doprowadziła do wszystkiego, co znamy. To tak, jakbyśmy czytali naprawdę interesującą książkę, ale zaczęli od drugiego rozdziału, a teraz będziemy mieli okazję zobaczyć, jak to wszystko się zaczęło – mówi Welch.
Od dawna istnieje teoretyczne przewidywanie, że gwiazdy, które tworzą się wyłącznie z pierwiastków powstałych krótko po Wielkim Wybuchu – wodoru, helu i śladowych ilości litu – powinny być bardziej masywne niż gwiazdy tworzące się obecnie – dodał członek zespołu Erik Zackrisson z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji. Te pierwotne gwiazdy, znane jako gwiazdy III populacji, do tej pory umykały obserwatorom, ale mogą stać się wykrywalne, jeżeli zostaną poddane bardzo dużemu powiększeniu dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego, tak jak w przypadku obiektu Earendel.
Zespół badawczy szacuje, że Earendel ma masę co najmniej 50 razy większą od masy naszego Słońca i jest milion razy jaśniejsza, dorównując najbardziej masywnym znanym gwiazdom. Jednak nawet tak jasna gwiazda o bardzo dużej masie nie byłaby możliwa do dostrzeżenia w tak dużej odległości bez naturalnego powiększenia przez olbrzymią gromadę galaktyk, w tym przypadku znaną jako WHL0137-08, znajdującą się pomiędzy nami a Earendel. Masa gromady galaktyk wypacza strukturę przestrzeni, tworząc potężne naturalne szkło powiększające, które zniekształca i znacznie wzmacnia światło odległych obiektów znajdujących się za nią.
Dzięki rzadkiemu ustawieniu w linii z powiększającą gromadą galaktyk, Earendel pojawia się bezpośrednio na lub bardzo blisko zmarszczki w strukturze kosmicznej. Zmarszczka ta, w optyce znana jako „kaustyka”, zapewnia maksymalne powiększenie i rozjaśnienie. Efekt ten jest analogiczny do pofalowanej powierzchni basenu, która w słoneczny dzień tworzy na jego dnie wzory jasnego światła. Fale na powierzchni działają jak soczewki i skupiają światło słoneczne do maksymalnej jasności na dnie basenu.
Efekt ten powoduje, że gwiazda Earendel wyłania się z ogólnej poświaty swojej macierzystej galaktyki. Jej jasność zwiększa się tysiąckrotnie lub więcej. W tej chwili astronomowie nie są w stanie określić, czy Earendel jest gwiazdą podwójną, ale większość masywnych gwiazd ma przynajmniej jedną mniejszą gwiazdę towarzyszącą.
Astronomowie spodziewają się, że Earendel pozostanie silnie powiększona przez najbliższe lata. Będzie obserwowana przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pod koniec 2022 roku. Wysoka czułość Webba na podczerwień jest niezbędna, aby dowiedzieć się więcej o Earendel, ponieważ jej światło jest rozciągnięte (przesunięte ku czerwieni) na dłuższe fale podczerwone przez ekspansję Wszechświata.
Obrazy i widma z Webba pozwolą nam potwierdzić, że Earendel jest rzeczywiście gwiazdą, a także określić jej wiek, temperaturę, masę i promień – wyjaśnia członek zespołu Jose Maria Diego z Instituto de Física de Cantabria w Hiszpanii. Połączenie obserwacji z Hubble’a i Webba pozwoli nam również dowiedzieć się czegoś o mikrosoczewkach w gromadzie galaktyk, które mogą zawierać egzotyczne obiekty, takie jak pierwotne czarne dziury.
Skład Earendel będzie interesujący dla astronomów, ponieważ uformowała się ona zanim Wszechświat wypełnił się ciężkimi pierwiastkami produkowanymi przez kolejne generacje masywnych gwiazd. Jeżeli dalsze badania wykażą, że Earendel składa się tylko z pierwotnego wodoru i helu, będzie to pierwszy dowód na istnienie legendarnej III populacji gwiazd, które, jak się przypuszcza, były pierwszymi gwiazdami powstałymi po Wielkim Wybuchu. Choć prawdopodobieństwo jest niewielkie, Welch przyznaje, że jest ono kuszące.
Dzięki Webbowi możemy zobaczyć gwiazdy jeszcze bardziej odległe niż Earendel, co byłoby niezwykle ekscytujące – powiedział Welch. Będziemy sięgać tak daleko wstecz, jak tylko możliwe. Bardzo chciałbym zobaczyć, jak Webb pobije rekord odległości Earendel.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- A Record Broken: Hubble Finds the Most Distant Star Ever Seen
- A highly magnified star at redshift 6.2
Źródło: ESA
Na ilustracji: Galaktyka Łuk Wschodzącego Słońca z soczewkowaną gwiazdą Earendel. Źródło: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI).
