Dodano: 29 czerwiec 2021r.

Astronomowie ustalili, kiedy rozbłysły pierwsze gwiazdy we Wszechświecie

Według nowych badań przeprowadzonych przez brytyjskich naukowców, kosmiczny świt, czyli okres, kiedy rozbłysły pierwsze gwiazdy we Wszechświecie, nastąpił od 250 do 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Uczeni doszli do takich wniosków po analizie pomiarów sześciu najbardziej odległych galaktyk.

Kosmos

 

W badaniu opublikowanym na łamach pisma „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (DOI: 10.1093/mnras/stab1239) astronomowie z University College London (UCL) i University of Cambridge przy współpracy z uczonymi z University of California, University of California, Santa Cruz oraz University of Texas dokonali pomiarów sześciu najodleglejszych galaktyk, które jak dotąd udało się zaobserwować. Światło z tych galaktyk potrzebowało większej części istnienia Wszechświata, by do nas dotrzeć. Jak przyznali uczeni, ta odległość odpowiada „spojrzeniu wstecz” do czasów sprzed ponad 13 miliardów lat, gdy Wszechświat miał około 550 milionów lat.

Kosmiczny świt

- Przed kosmicznym świtem Wszechświat był ciemny i zawierał tylko chmury wodorowe, a teraz jesteśmy otoczeni przez całą tę piękną kosmiczną strukturę i biliony gwiazd na nocnym niebie – powiedział Richard Ellis z UCL, jeden z autorów badań. - Pytanie brzmi, kiedy to wszystko się zaczęło? - dodał.

Analizy obrazów z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a oraz Kosmicznego Teleskopu Spitzera pozwoliły badaczom na wykonanie najbardziej precyzyjnych obliczeń dotyczących tego, kiedy powstały pierwsze gwiazdy. Dzięki danym z teleskopów uczeni obliczyli wiek badanych galaktyk na ok 200-300 milionów lat, co pozwoliło oszacować, kiedy uformowały się w nich pierwsze gwiazdy.

- Teoretycy spekulują, że Wszechświat był ciemnym miejscem przez pierwsze kilkaset milionów lat, zanim powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki. Obserwowanie momentu, w którym po raz pierwszy został skąpany w świetle gwiazd, jest ważnym zadaniem w astronomii. Nasze obserwacje wskazują, że kosmiczny świt nastąpił między 250 a 350 milionami lat po powstaniu Wszechświata – powiedział Nicolas Laporte z University of Cambridge, główny autor publikacji.

Ustalanie wieku gwiazd

Podczas analizy danych z teleskopów naukowcy skupili się na sygnaturach wodoru atomowego w atmosferach gwiazd. To pozwoliło oszacować wiek gwiazd w badanych galaktykach. Im populacja gwiazd jest starsza, tym sygnatura wodoru jest silniejsza. Jednak gdy galaktyka przekroczy miliard lat, sygnatura ta słabnie. Zależność ta jest skutkiem tego, że masywniejsze gwiazdy, które przyczyniają się do powstania tego sygnału, szybciej spalają swoje paliwo jądrowe i umierają jako pierwsze.

- Wskaźnik wieku służy do datowania gwiazd w naszym sąsiedztwie w Drodze Mlecznej, ale może być również używany do datowania niezwykle odległych galaktyk, obserwowanych w bardzo wczesnym okresie Wszechświata. Używając go możemy wywnioskować, że nawet w tak wczesnych czasach badane galaktyki miały już od 200 do 300 milionów lat – powiedział dr Romain Meyer z UCL oraz z Max Planck Institute for Astronomy w Heidelbergu, współautor publikacji.

Dalsze pomiary, m.in. przesunięcia ku czerwieni każdej z obserwowanych galaktyk, pozwoliły oszacować ich kosmologiczną odległość, a tym samym czas, w którym są obserwowane. Dzięki temu naukowcy potwierdzili, że ich obserwacje odpowiadają spojrzeniu wstecz do czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 550 milionów lat.

- Gdybyśmy mieli zmierzyć wiek jednej galaktyki, sceptycy powiedzieliby, że może to szczególna galaktyka, ale mamy pomiary sześciu galaktyk. To pierwsze znaczące oszacowanie, kiedy nastąpił kosmiczny świt, ponieważ opiera się na sporej populacji galaktyk – podkreślił Ellis.

- W ciągu ostatniej dekady astronomowie przesunęli granice tego, co możemy obserwować, do czasów, gdy Wszechświat miał tylko 4 proc. obecnego wieku, jednak ze względu na ograniczoną przezroczystość ziemskiej atmosfery oraz możliwości Kosmicznych Teleskopów Hubble'a i Spitzera osiągnęliśmy nasz limit. Teraz z niecierpliwością oczekujemy wyniesienia w przestrzeń Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który naszym zdaniem będzie miał możliwość bezpośredniego obserwowania kosmicznego świtu. Poszukiwanie tego ważnego momentu w historii Wszechświata było od dziesięcioleci świętym Graalem w astronomii. Ponieważ jesteśmy zbudowani z materii przetworzonej w gwiazdach, jest to w pewnym sensie poszukiwanie własnego pochodzenia – zaznaczył Ellis.

 

Źródło: University College London, fot. Dr Harley Katz, Beecroft Fellow, Department of Physics, University of Oxford