Zgodnie z dominującym modelem kosmologicznym, pierwsze gwiazdy we Wszechświecie powstały około 100 000 lat po Wielkim Wybuchu. Znane jako gwiazdy populacji III, te wczesne masy gwiazd były bardzo duże, krótkotrwałe i praktycznie nie zawierały metali ani cięższych pierwiastków. Z biegiem czasu pierwiastki takie jak węgiel, azot, tlen i żelazo utworzyły się w ich wnętrzach w wyniku nukleosyntezy. Kiedy te gwiazdy osiągnęły kres swojego życia, eksplodowały jako supernowa wielokrotnie większa niż cokolwiek, co widzimy dzisiaj („super-supernowa”), powodując rozproszenie tych pierwiastków w kosmosie.
Przez dziesięciolecia astronomowie próbowali znaleźć dowody na istnienie tych najwcześniejszych gwiazd, jednak wszystkie dotychczasowe próby zawiodły. Jednak dzięki ostatnim badaniom zespół kierowany przez Uniwersytet Tokijski uważa, że w końcu udało im się dostrzec pierwsze ślady jednej z najwcześniejszych gwiazd we Wszechświecie. Analizując dane uzyskane wcześniej przez teleskop Gemini North najdalszego obserwowanego kwazara, zespół zauważył wokół niego masywną chmurę materii. Na podstawie ich analizy uważają, że materia pochodziła z gwiazdy pierwszej generacji po tym, jak przeszła w „super-supernową”.
Badania, które niedawno ukazały się w The Astrophysical Journal, były prowadzone przez Yuzuru Yoshii, profesora astronomii na Uniwersytecie Tokijskim oraz Steward Observatory na Uniwersytecie Arizony. Dołączyli do niego naukowcy z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii (NAOJ), Centrum Badawczego wczesnego Wszechświata Uniwersytetu Tokijskiego (RESCEU), Centrum Ewolucji Pierwiastków JINA (JINA-CEE) na Uniwersytecie Notre Dame oraz Obserwatorium Mount Stromlo Australijskiego Uniwersytetu Narodowego.
Jak wskazują w swoich badaniach, zespół uważa, że najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem tego, co zaobserwowali, jest to, że materią są pozostałości gwiazdy pierwszej generacji, która eksplodowała jako supernowa niestabilna w parach (czyli „super-supernowa”). Dzieje się tak, gdy fotony w centrum gwiazdy spontanicznie zamieniają się w elektrony i pozytony – antymateryjny odpowiednik elektronu – co zmniejsza ciśnienie promieniowania wewnątrz gwiazdy, powodując jej zapadanie się. Podobnie jak gwiazdy populacji I i II zapadają się po wyczerpaniu wodoru i helu, proces ten spowodował, że gwiazdy populacji III przeszły w supernową.
Chociaż takie wydarzenie nigdy nie było świadkiem, teoretycznie mają one miejsce, gdy gigantyczne gwiazdy (o masie od 150 do 250 mas Słońca) osiągną kres swojego życia. W przeciwieństwie do innych supernowych, supernowa o niestabilności parami nie pozostawia żadnych gwiezdnych pozostałości i wyrzuca całą materię gwiazdy do swojego otoczenia. Ponadto astronomowie teoretyzują, że materiał ten zawierałby ponad dziesięć razy więcej żelaza niż magnezu w porównaniu do stosunku tych pierwiastków w naszym Słońcu. Ze względu na ich szczególne cechy, istnieją tylko dwa sposoby na znalezienie dowodów na istnienie gwiazd z populacji III.
Po pierwsze, astronomowie mogą próbować zaobserwować supernową niestabilną w parach, gdy to się dzieje, a szanse na to są bardzo niewielkie. Po drugie, mogą próbować wykryć materię, którą te gwiazdy wyrzucają w przestrzeń międzygwiazdową, identyfikując jej sygnaturę chemiczną. W tym przypadku Yuzuru i jego koledzy polegali na tej drugiej metodzie, która polegała na konsultowaniu wcześniejszych obserwacji dokonanych za pomocą spektrografu bliskiej podczerwieni Gemini (GNIRS) na 8,1-metrowym teleskopie Gemini North Telescope.
Teleskop ten jest jednym z dwóch (znajdujących się na półkuli północnej i południowej), które tworzą Międzynarodowe Obserwatorium Gemini , obsługiwane przez National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab). Aby zidentyfikować ilości każdego obecnego pierwiastka, zespół zastosował metodę analityczną opracowaną przez Yuzuru i współautora Hiroaki Sameshimę , współpracownika badawczego projektu z Graduate School of Science na Uniwersytecie Tokijskim. Ta metoda polega na pomiarze intensywności długości fal w widmie kwazara, z którego wyodrębnia się widma chemiczne materiału.
Na podstawie swojej analizy Yuzuru i jego koledzy zauważyli, że wyrzucony materiał zawierał ponad dziesięć razy więcej żelaza niż magnezu w porównaniu do stosunku tych pierwiastków występujących w naszym Słońcu. Jak wyjaśnił Yuzuru w komunikacie prasowym NOIRLab:
Podobne poszukiwania przeprowadzono w przeszłości, gdzie astronomowie szukali chemicznych dowodów na istnienie gwiazd populacji III w Drodze Mlecznej. Podczas gdy w 2014 r. dokonano wstępnej identyfikacji , Yuzuru i jego kolega uważają, że te nowe wyniki są jak do tej pory najwyraźniejszym wskaźnikiem niestabilności par. Jeśli ich odkrycia zostaną potwierdzone, zapewni to nowy wgląd w ewolucję naszego Wszechświata od czasu powstania pierwszych gwiazd i galaktyk. W międzyczasie konieczne są dalsze obserwacje, aby sprawdzić, czy istnieją inne obiekty o podobnych cechach.
Dowody na istnienie tych gwiazd można również znaleźć w Drodze Mlecznej, gdzie wyrzuty z pierwotnych gwiazd można było znaleźć wśród obiektów w naszym lokalnym Wszechświecie. Dzięki najnowszym badaniom astronomowie mają teraz potencjalną ścieżkę identyfikacji chemicznych sygnatur gwiazd, które odegrały kluczową rolę w ewolucji kosmosu, dały początek pierwszym planetom, a nawet samemu życiu.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
