Megtalálhatjuk az univerzum legelső csillagait?

Az univerzum legelső csillagainak fontos feladata volt. Az ősrobbanás által létrehozott őselemekből keletkeztek, így nem tartalmaztak fémeket. A feladatuk az volt, hogy szintetizálják az első fémeket, és szétterítsék őket a közeli világegyetemben.

A JWST némi előrelépést ért el az univerzum legkorábbi galaxisainak felkutatásában, adta hírül a Universe Today. Vajon ugyanilyen sikerrel járhat-e az első csillagok keresésében is?

Az univerzum első galaxisainak megtalálása rendkívül nehéz feladat, de a JWST megépítésének egyik fő motivációja is. Ezeknek az ősi objektumoknak a fénye az infravörös tartományba tolódik, amelynek érzékelésében a távcső kiválóan teljesít. Az ebban a tartományban végzett mélyfényű megfigyelésekkel az űrteleszkóp megtalálta a legkorábbi galaxisok egy részét.

Viszont az első csillagok sokkal ősibbek, mint az első galaxisok. Az első csillagok nagyjából 50-100 millió évvel az ősrobbanás után keletkeztek, és fényük végül véget vetett az univerzum sötét korszakának. Az asztrofizikusok szerint ezek a csillagok akár 1000 naptömegűek is lehettek.

Az új tanulmány a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című folyóiratban jelenik meg. A vezető szerző Erik Zackrisson a svédországi Uppsalai Egyetem Fizikai és Csillagászati Tanszékéről.

A hatékony hűtőközegek hiánya és a kémiailag dúsítatlan gáz fragmentációja miatt ezekben a korai korszakokban a keletkező fémmentes, azaz III-as populációjú csillagok feltehetően rendkívül nagyok, jellemzően 10-1000 naptömegűeg.

Ahhoz, hogy ezeket a korai, nagy tömegű csillagokat meglássa, a JWST-nek szüksége lesz a gravitációs lencsék segítségére. “A gravitációs lencsézés kimutathatóvá teheti az egyes nagy tömegű csillagokat, és az elmúlt években számos rendkívül nagyra növelt csillagot detektáltak” – magyarázzák a szerzők. A megfigyelt esetekben a fénynek több mint 12,7 milliárd fényévre volt szüksége, hogy eljusson hozzánk.

A gravitációs lencsézés olyan helyzeteket használ ki, amikor egy masszív objektum, például egy galaxishalmaz van köztünk és egy megfigyelni kívánt objektum között. Ahogy a célpontból érkező fény áthalad az előtérben lévő objektumon, amelyet gravitációs lencsének nevezünk, a fény felnagyítódik. Ez láthatóvá teszi az egyébként láthatatlan objektumot.

Az első csillagok vöröseltolódás szempontjából körülbelül z=20-nál vannak, és a Webbnek képesnek kell lennie látni ezt a fényt, ha ki tudja használni a gravitációs lencsézést. Ha ez sikerül, akkor a nagy teljesítményű teleszkóp bizonyítékokat szolgáltathat a korai univerzum egy olyan időszakáról, amelyet eddig leginkább az elméletből értettünk meg: a reionizáció korszakáról (Epoch of Reionization, EoR).

Az EoR idején az világegyetemet a hidrogéngáz sűrű, homályos köde uralta. Amikor az első csillagok létrejöttek, ultraibolya fényük reionizálta a gázt, és lehetővé tette a fény terjedését. Ez egy kritikus lépés az univerzum életében, ezért fontos cél, hogy megtaláljuk a felelős ősi Pop III csillagokat.

Ezek az első csillagok más szempontból is lenyűgözőek. Tömegesek voltak, több milliószor fényesebbek a Napnál, és nagyon rövid ideig léteztek. Vagy szupernóvaként robbantak fel, vagy fekete lyukakká omlottak össze. Azok, amelyek fekete lyukakká váltak, elnyelték a gázt és más csillagokat, és az univerzum első kvazáraivá váltak. Az asztrofizikusok úgy vélik, hogy ezek a kvazárok akkréció és összeolvadás révén nőttek fel, és váltak szupermasszív fekete lyukakká, amelyek a Tejútrendszerünkhöz hasonló galaxisok középpontjában horgonyoznak.

A szupernóvaként felrobbantak hasonlóan fontos szerepet játszottak. A hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemeket kovácsoltak, majd robbanásukkor ezeket a fémeket szétszórták az űrbe. A később keletkezett csillagok is tartalmaztak valamennyit ezekből a fémekből, és a fémekből kőzettestek is keletkeztek. A III. populációs szupernóvák előtt nem léteztek kőzetbolygók, és bizonyosan nem volt lehetőség az életre sem. Tehát ezek a hatalmas, ősi csillagok segítettek megteremteni mindazt, amelyet ma látunk magunk körül.

Ha a JWST sikerrel jár, nem lesznek szép képek ezekről a csillagok őseiről. Ehelyett adatok lesznek. Az adatok kibogozása és annak megállapítása, hogy vannak-e benne III. populációs csillagok, összetett feladat. Ez az erőfeszítés az űrteleszkópot és a vele dolgozó tudósokat a végsőkig feszíti.

Ha a Webb képes megtalálni néhány ilyen csillagot, akkor az úttörő teleszkóp még sikeresebb lesz. A műszer és az azt működtető emberek módszeresen kipipálják a tudományos célok listáján szereplő négyzeteket.

Érdemes elolvasni:

• Dél-Amerika „csillagász papjai” a galaxisunkhoz igazodó óriási struktúrákat építettek
• Rejtélyes kínai űrhajók küldenek titkos jeleket: kiknek üzennek?