Pierwsze gwiazdy „Populacji III” mogły zostać wykryte przez Teleskop Webba

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczył najnowszych dowodów na istnienie pierwszych gwiazd we Wszechświecie. Naukowcy wskazują, że obserwacje mogą potwierdzać obecność gwiazd „Populacji III”, które powstały zaledwie 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu i zapoczątkowały ewolucję kosmosu.

Od dawna astronomowie mogli badać pierwsze gwiazdy, które powstały we Wszechświecie, jedynie za pomocą modeli teoretycznych. Jednak w ramach nowych badań naukowcy z University of Cambridge i University of Florence, za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), odkryli coś, co może być jak dotąd najbardziej przekonującym dowodem na istnienie tych pradawnych gwiazd „Populacji III”. Zostały one znalezione skupione wokół niewielkiego obiektu towarzyszącego, który powstał zaledwie 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Badania zostały opisane w serwisie arXiv.

Jeśli zostałoby to potwierdzone, mogłoby zapewnić bezpośrednie spojrzenie na warunki panujące u początków kosmosu oraz pomóc wyjaśnić, jak pierwsze pokolenia gwiazd ukształtowały całą ewolucję Wszechświata.

W przeciwieństwie do dzisiejszych gwiazd, gwiazdy Populacji III powstały z obłoków niemal czystego wodoru i helu, zanim cięższe pierwiastki, takie jak węgiel, tlen i żelazo, zostały wytworzone we wnętrzach tego rodzaju obiektów. Astronomowie uważają, że obiekty te były niezwykle masywne i gorące, spalając swoje paliwo w zaledwie kilka milionów lat — w niezwykle krótkim czasie w skali kosmologicznej. Następnie eksplodowały jako potężne supernowe, wzbogacając kolejne pokolenia gwiazd w cięższe pierwiastki.

W 2024 roku astronomowie zaobserwowali niezwykły sygnał w halo GN-z11, która jest jedną z najjaśniejszych znanych galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Korzystając z NIRSpec-IFU, instrumentu spektroskopii w bliskiej podczerwieni na pokładzie Teleskopu Webba, wykryli słabą linię emisyjną pochodzącą z niewielkiego obiektu towarzyszącego, który został nazwany Hebe i znajduje się zaledwie trzy kiloparseki od galaktyki macierzystej.

Linia ta odpowiadała sygnaturze podwójnie zjonizowanego helu, co — jak podkreślają naukowcy — wymaga niezwykle energetycznego promieniowania. W połączeniu z brakiem wykrywalnych metali w widmie badacze zasugerowali, że najbardziej prawdopodobnym źródłem mogą być gwiazdy Populacji III, mimo że takie pradawne obiekty nigdy dotąd nie zostały bezpośrednio zaobserwowane.

Korzystając z instrumentów Teleskopu Webba, astronomowie potwierdzili, że sygnał helu jest rzeczywisty, i rozdzielili go na dwa odrębne składniki. Nie znaleźli również śladów cięższych pierwiastków. Korzystając z modeli teoretycznych, byli następnie w stanie wykorzystać obserwowany stosunek helu do wodoru w Hebe do oszacowania mas tych pierwszych gwiazd. Analizy wskazały, że większość obiektów miała duże masy i mieściła się w przedziale od około 10 do 100 mas Słońca, co jest zgodne z przewidywaniami, że pierwsze gwiazdy były gorące i masywne, powstając w Wszechświecie, który nie był jeszcze wzbogacony w cięższe pierwiastki.

Jak podkreślają naukowcy, choć potrzeba znacznie więcej obserwacji, zanim możliwy będzie głębszy wgląd w życie tych pradawnych gwiazd, wyniki te stanowią jedne z najdokładniejszych dowodów na ich istnienie. Analizy te pozwolą dowiedzieć się więcej o początkach Wszechświata i jego ewolucji.

Eliasz Goldberg