Możemy znaleźć zaskakująco bliską grupę prymitywnych gwiazd

Możeśmy wreszcie ujrzeć pierwszą generację gwiazd. Astronomowie od dziesięcioleci szukali tych pierwotnych gigantów, zwanych gwiazdami Populacji III. Teraz znaleźli to, co może być dotąd najbardziej obiecującym kandydatem.

Gwiazdy Populacji III spodziewane są być całkowicie różne od współczesnych, czyli gwiazd Populacji I. Powstałyby z czystego wodoru i helu, zanim cięższe pierwiastki zostały rozprowadzone w kosmosie przez supernowe i potężne wiatry gwiazdowe. Spodziewane jest również, że będą większe i gorętsze niż współczesne gwiazdy.

To dokładnie to, co Eli Visbal z Uniwersytetu Toledo w Ohio i jego koledzy odkryli, gdy dokonali szczegółowej analizy wcześniejszych obserwacji Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) odległej galaktyki o nazwie LAP1-B. Ma ona przesunięcie ku czerwieni – liczbę, którą astronomowie używają do mierzenia odległości – wynoszące 6,6, co oznacza, że widzimy LAP1-B tak, jak była zaledwie około 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jest tak daleko, że jedynym powodem, dla którego w ogóle mogliśmy ją zauważyć, jest to, że jej światło zostało powiększone przez bliższy klaster galaktyk w procesie zwanym soczewkowaniem grawitacyjnym.

„Powinno być mnóstwo takich obiektów na całej obserwowalnej wszechświecie, ale możemy patrzeć tylko tak jakby pod latarnią tego klastera, który powiększa światło” – mówi Visbal. Gdy on i jego zespół obliczyli, ile klastrów gwiazd Populacji III powinniśmy znaleźć przy tym przesunięciu ku czerwieni, okazało się, że powinno być ich około jednego – i tyle właśnie zauważyli. „Nasza szacunkowa liczba idealnie zgadzała się z [poprzednim zespołem badawczym] znalezieniem jednego tam, gdzie go znaleźli” – dodaje.

Kolejny argument na korzyść LAP1-B to fakt, że wydaje się mieć wystarczającą liczbę gwiazd, aby stanowić kilka tysięcy razy masę Słońca. Inne kandydatki na galaktyki Populacji III mają zwykle znacznie większe masy gwiazdowe, niezgodne z symulacjami, jak kształtują się klastry gwiazd Populacji III. „To najbardziej obiecujący kandydat, jaki dotąd mamy” – mówi Visbal.

Oczekuje się, że większość gwiazd Populacji III żyła i zginęła między 100 a 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu, po czym w kosmosie pojawiło się wystarczająco ciężkich pierwiastków, aby formować gwiazdy bardziej podobne do tych, które obecnie obserwujemy. „Ten obiekt spełnia wiele kryteriów, ale jestem trochę sceptyczny, ponieważ to już późno w grze, żeby takie gwiazdy były obecne, i mogą istnieć alternatywy, które również mogą spełnić to zadanie” – mówi Ralf Klessen z Uniwersytetu Heidelbergu w Niemczech. „Byłoby super interesujące zobaczyć klaster gwiazd Populacji III, ale statystycznie na pewno byłby to odstępstwo.”

Jednakże możliwe jest, że kieszonki czystego wodoru i helu mogły przetrwać dłużej i później mogłyby formować gwiazdy Populacji III, dodaje Visbal.

„LAP-B1 jest niezwykle interesującym kandydatem, ale wciąż daleko mu do posiadania jasnych, jednoznacznych sygnałów, jakich oczekujemy w czystym wykrywaniu Populacji III” – mówi Roberto Maiolino z Uniwersytetu Cambridge. „[Aby były to gwiazdy Populacji III], musiałoby to być niezwykle szczęśliwe połączenie różnych czynników, z których każdy sam w sobie jest wyjątkowo rzadki, a o wiele bardziej rzadki, gdy muszą wystąpić razem”. Potrzebne będą głębsze obserwacje i bardziej szczegółowe symulacje, by dowiedzieć się na pewno, czy LAP1-B oznacza pierwszy raz, kiedy ujrzeliśmy te dziwne gwiazdy.

Jest to istotne, ponieważ zrozumienie gwiazd Populacji III jest kluczowe dla ustalenia, w jaki sposób oraz kiedy powstały pierwsze ciężkie pierwiastki. „Mogą nam powiedzieć, jak ewoluowała chemia wszechświata od samego początku, gdy składał się z samego wodoru i helu, po całą niesamowitą chemię, życie i wszystko, co mamy w wszechświecie dzisiaj” – mówi Visbal. Gwiazdy Populacji III były pierwszymi kamieniami węgielnymi złożonymi ze skomplikowania, które nas otacza obecnie.