Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman uchwyci pierwsze gwiazdy we Wszechświecie

Pierwsze gwiazdy w kosmosie różniły się składem od tych, które można zaobserwować dzisiaj. Astronomowie podjęli wiele prób odnalezienia ich, ale dopiero teraz są przekonani, że Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman może tego dokonać.

Na początku Wszechświat był tak gorący i gęsty, że światło nie mogło podróżować daleko. Fotony były emitowane, rozpraszane i pochłaniane tak szybko, jak te obecne w jądrach najjaśniejszych gwiazd. Z czasem jednak kosmos rozszerzył się i ochłodził do tego stopnia, że stał się przezroczysty, a ślad Wielkiego Wybuchu mógł przemierzać przestrzeń i czas przez miliardy lat.

Badacze mogą nadal zaobserwować ten ślad jako mikrofalowe tło kosmiczne. W miarę rozszerzania się Wszechświat stawał się coraz ciemniejszy, wypełniony jedynie chmurami wodoru i helu. Z czasem zapadały się one, tworząc pierwsze gwiazdy, a światło znów mogło rozchodzić się po próżni kosmosu.

Astronomowie twierdz, że żadna z gwiazd, które widzimy dzisiaj, nie należała do tych pierwszych gwiazd. Współczesne są bogate w pierwiastki takie jak węgiel i żelazo. Cięższe pierwiastki powstawały jedynie w rdzeniach gwiazd i w innych procesach astrofizycznych. Pierwsze gwiazdy składały się wyłącznie z wodoru i helu. Zdaniem badaczy były niezwykle masywne a ich krótkie życie, kończyło się eksplozją supernowej.

Do dzisiaj pozostały po nich tylko resztki. Przeprowadzono kilka poszukiwań tych pierwszych gwiazd we Wszechświecie, ale jak dotąd nie udało się ich dostrzec. Istnieją pewne pośrednie dowody na ich istnienie w odległym kosmosie, ale astronomowie nie zaobserwowali jeszcze ich światła. Nowe badanie opublikowane serwisie arXiv dowodzi, że Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman może uchwycić ich umierający blask.

Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, formalnie znany jako Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), ma zostać wystrzelony pod koniec 2026 roku. Podobnie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będzie on obserwował kosmos w podczerwieni, ale Roman będzie miał szersze pole widzenia. Umożliwi to wykrycie silnie przesuniętego ku czerwieni światła pierwszych gwiazd. Badacze z University of Hong Kong zauważają, że biorąc pod uwagę krótki czas życia tych obiektów, Nancy Grace Roman prawdopodobnie nie zaobserwuje ich bezpośrednio. Zamiast tego proponują poszukiwanie dowodów na istnienie tych gwiazd, gdy zostały one pochłonięte przez czarną dziurę.

Badacze zaproponowali poszukiwanie tak zwanych zaburzeń pływowych (TDE). Gdy gwiazda przechodzi w pobliżu czarnej dziury, grawitacyjne siły pływowe mogą ją rozerwać. W rezultacie pozostałości gwiazdy mogą zostać rozrzucone po dużym łuku. Proces ten wymaga czasu i tworzy strumień podgrzanego gazu.

Astronomowie modelowali widma emisji tego gazu dla gwiazdy pierwszej generacji i odkryli, że mają one unikalną sygnaturę, która utrzymuje się przez długi czas. Znaczna część światła z tego typu TDE byłaby emitowana w silnym ultrafiolecie, ale ponieważ występowałyby one przy kosmicznym przesunięciu ku czerwieni około z = 10, światło możliwe do zaobserwowania byłoby przesunięte do podczerwieni, dzięki czemu mogłoby być uchwycone przez Teleskop Jamesa Webba i Teleskop Nancy Grace Roman.

Naukowcy twierdzą, że tempo, w jakim zaburzenia pływowe występowały w gwiazdach pierwszej generacji, zależało od kilku czynników, ale jak twierdzą Roman zapewne będzie mógł uchwycić dziesiątki takich TDE rocznie, niezależnie od rodzaju. Za kilka lat najprawdopodobniej możliwe będzie uchwycenie ostatniego światła umiwerających pierwszych gwiazd.

Emil Gołoś