Odkrycie liczącej sobie 13 miliardów lat kosmicznej chmury gazu pozwoliło zespołowi astronomów z Carnegie na wykonanie najwcześniejszych jak dotąd pomiarów czasu wzbogacania się Wszechświata dużą różnorodnością pierwiastków chemicznych. Badania ujawniają, że pierwsza generacja gwiazd uformowała się szybciej niż wcześniej sądzono. Wyniki zostały opublikowane w „The Astrophysical Journal”.
Wielki Wybuch zapoczątkował nasz Wszechświat w formie gorącej i mrocznej zupy niezwykle energetycznych cząstek, która gwałtownie się powiększała. Gdy materiał ten coraz bardziej się rozprzestrzeniał, stopniowo ochładzał się, a naładowane cząsteczki zlewały się wówczas ze sobą do postaci obojętnego elektrycznie gazu wodorowego. Wszechświat pozostawał jednak ciemny (pozbawiony jakichkolwiek źródeł światła) tak długo, aż grawitacja nie skondensowała obecnych w nim obłoków materii w pierwsze gwiazdy i galaktyki.
Wszystkie gwiazdy, w tym ich pierwsza generacja, działają jak fabryki chemiczne, syntetyzujące w swych wnętrzach prawie wszystkie pierwiastki, które tworzą otaczający nas świat. Gdy pierwotnie powstałe w kosmosie gwiazdy eksplodowały jako supernowe, wyrzucały utworzone przez siebie pierwiastki na duże odległości, rozsiewając je w okolicznym pyle i gazie. Kolejne generacje gwiazd miały już w sobie te pierwiastki i stale zwiększały od tej chwili ich obfitość chemiczną w swym otoczeniu.
Ale pierwsze gwiazdy powstały jednak we wciąż czystym, pierwotnym i zimnym Wszechświecie. W rezultacie te gwiazdy wytwarzały bardziej złożone pierwiastki w innych proporcjach niż te syntetyzowane później przez kolejno formujące się gwiazdy, powstałe już w środowisku, które zostało wcześniej wzbogacone przez poprzednie ich generacje.
Patrząc w przeszłość wystarczająco daleko możemy zatem oczekiwać, że kosmiczne obłoki gazowe wykazują charakterystyczne widmowe ślady szczególnych proporcji pierwiastków wytworzonych w nich przez te pierwsze gwiazdy. A spoglądając jeszcze bardziej wstecz możemy ostatecznie zostać świadkami zniknięcia większości tych pierwiastków i pojawienia się na ich miejscu pierwotnego, nieskazitelnego gazu. Do takich badań astronomowie od dawna używają kwazarów, które pozwalają im dowiedzieć się więcej o składzie chemicznym gazu kosmicznego w różnych epokach i pokazać, jak różne generacje gwiazd wzbogacają swoje otoczenie pierwiastkami.
Znaleźliśmy ten starożytny obłok gazu podczas obserwacji bardzo odległych kwazarów za pomocą teleskopów Magellana w obserwatorium Carnegie Las Campanas w Chile – wyjaśnia Eduardo Bañados, kierownik grupy badawczej w Instytucie Astronomii Max-Plancka w Heidelbergu.
Kwazary są niezwykle silnie świecącymi obiektami, złożonymi z ogromnych czarnych dziur ściągających na siebie okoliczną materię, leżącymi w centrach masywnych galaktyk. Gdy obłok gazu znajduje się pomiędzy kwazarem a nami – obserwatorami na Ziemi – wyjątkowo silne światło kwazara musi przez niego przejść, aby do nas dotrzeć, a astronomowie mogą to wówczas wykorzystać, aby dowiedzieć się więcej o składzie chemicznym takiego obłoku. Metoda ta pozwoliła po raz pierwszy w historii scharakteryzować skład prastarego obłoku gazowego, powstałego w pierwszych miliardach lat istnienia kosmosu.
Zespół odkrył, że skład chemiczny tego obłoku okazał się jednak zaskakująco nowoczesny – nie aż tak prymitywny, jak się spodziewano, jeśli miałby on być związany z pierwszymi gwiazdami obecnymi we Wszechświecie. Choć powstał zaledwie 850 milionów lat po Wielkim Wybuchu, jego obfitość chemiczna była już tak wysoka, jak typowa obfitość wyznaczana dla obłoków gazu powstałych kilka miliardów lat później. Naukowcy sądzą, że najwyraźniej pierwsza generacja gwiazd narodziła się, wyewoluowała i wygasła jeszcze przed utworzeniem się tego obłoku. A Wszechświat został dosyć szybko zalany przez produkty chemiczne późniejszych generacji gwiazd.
Zespół uważa też, że możliwe jest odkrycie jeszcze bardziej starożytnych obłoków gazu. Być może to one ujawnią informacje o pierwszych gwiazdach powstałych we Wszechświecie.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Praca naukowa „A Metal-poor Damped Lyα System at Redshift 6.4”, 2019 X 31, „The Astrophysical Journal”
Źródło: Carnegie University
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Tak najprawdopodobniej wygląda bardzo odległa młoda galaktyka A2744_YD4. Obserwacje z wykorzystaniem sieci ALMA wykazały, że galaktyka ta – dziś obserwowana taką, jaka była w czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie 4 procenty swojego obecnego wieku – jest bogata w pył. Źródło: ESO/M. Kornmesser.
