Używając należącego do ESO Very Large Telescope (VLT), naukowcy po raz pierwszy znaleźli odciski palców pozostawione przez eksplozję pierwszych gwiazd we Wszechświecie. Wykryli oni trzy odległe obłoki gazu, których skład chemiczny odpowiada temu, czego spodziewamy się po wybuchach pierwszych gwiazd.

Naukowcy uważają, że pierwsze gwiazdy, które uformowały się we Wszechświecie, były bardzo różne od tych, które widzimy dzisiaj. Kiedy pojawiły się 13,5 miliarda lat temu, zawierały tylko wodór i hel, najprostsze pierwiastki chemiczne w przyrodzie. Gwiazdy te, uważane za dziesiątki lub setki razy masywniejsze od naszego Słońca, szybko zginęły w potężnych eksplozjach znanych jako supernowe, po raz pierwszy wzbogacając otaczający je gaz w cięższe pierwiastki. Późniejsze generacje gwiazd narodziły się z tego wzbogaconego gazu, a następnie ponownie wyrzuciły cięższe pierwiastki, gdy skończyły swój żywot.

Obrazek przedstawia odległy obłok gazu, który zawiera różne pierwiastki chemiczne, zilustrowane tutaj schematycznymi reprezentacjami różnych atomów.

Używając danych z VLT w Chile, zespół znalazł trzy bardzo odległe obłoki gazu, widziane, gdy Wszechświat był zaledwie w 10-15% swojego obecnego wieku i zawierające chemiczny odcisk palca odpowiadającym temu, czego spodziewamy się po eksplozjach pierwszych gwiazd. W zależności od masy tych wczesnych gwiazd i energii ich wybuchów te pierwsze supernowe uwolniły różne pierwiastki chemiczne, takie jak węgiel, tlen i magnez, które są dziś obecne w zewnętrznych warstwach gwiazd. Jednak niektóre z tych eksplozji nie były wystarczająco energetyczne, aby wyrzucić cięższe pierwiastki, takie jak żelazo, które znajduje się tylko w rdzeniach gwiazd. Aby znaleźć znak rozpoznawczy tych pierwszych gwiazd, które wybuchły jako niskoenergetyczne supernowe, zespół poszukiwał odległych obłoków gazu ubogich w żelazo, ale bogatych w inne pierwiastki. I udało się znaleźć: trzy odległe obłoki we wczesnym Wszechświecie z bardzo małą ilością żelaza, ale za to z dużą ilością węgla i innych pierwiastków.

Ten osobliwy skład chemiczny zaobserwowano również u wielu starych gwiazd w naszej własnej galaktyce, które badacze uważają za gwiazdy drugiej generacji, które uformowały się bezpośrednio z „popiołów” pierwszych. Nowe badanie pozwoliło znaleźć takie popioły we wczesnym Wszechświecie, dodając tym samym brakujący element do tej układanki.

Aby wykryć i zbadać te odległe obłoki gazu, zespół wykorzystał światła znane jako kwazary – bardzo jasne źródła zasilane przez supermasywne czarne dziury w centrach odległych galaktyk. Gdy światło kwazara podróżuje przez Wszechświat, przechodzi przez obłoki gazu, w których różne pierwiastki chemiczne pozostawiają ślad na świetle.

Obraz ilustruje, w jaki sposób astronomowie mogą analizować skład chemiczny odległych obłoków gazu, używając światła obiektu tła, jakim jest kwazar. Kiedy światło kwazara przechodzi przez chmurę gazu, znajdujące się w niej pierwiastki chemiczne absorbują różne kolory lub długości fal, pozostawiając ciemne linie w widmie kwazara. Każdy pierwiastek pozostawia inny zestaw linii, więc badając widmo, astronomowie mogą określić skład chemiczny obłoku gazu.

Aby znaleźć te chemiczne odciski, zespół przeanalizował dane dotyczące kilku kwazarów obserwowanych za pomocą instrumentu X-shooter w ESO’s VLT. X-shooter rozszczepia światło na niezwykle szeroki zakres długości fal lub kolorów, co czyni go unikalnym instrumentem, za pomocą którego można zidentyfikować wiele różnych pierwiastków chemicznych w tych odległych obłokach.

Autor

Avatar photo
Szymon Ryszkowski

Redaktor Naczelny Portalu Astronomicznego AstroNET (2021-2022), Prezes Klubu Astronomicznego Almukantarat. Autor gry planszowej Solar System Voyager.