Hubble spogląda w przeszłość, żeby znaleźć pierwsze istniejące gwiazdy. Czy jest szansa na sukces?

Grupa naukowców wykorzystała Hubble'a, aby spojrzeć wstecz w czasie – i przestrzeni – tak daleko, jak to możliwe. Mieli nadzieję na zaobserwowanie gwiazd pierwszej generacji, zwanych gwiazdami Populacji III – charakterystycznych dla wczesnego etapu powstania Wszechświata.

Rachana Bhatawdekar z Europejskiej Agencji Kosmicznej, kierująca badaniami, powiedziała, że dzięki zastosowaniu nowych technik obserwacji, zespołowi udało się odkryć gwiazdy istniejące w okresie od 500 milionów do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

W ramach programu Frontier Fields Hubble'a możliwe było badanie wczesnego Wszechświata. Aby teleskop mógł jak najdalej spojrzeć wstecz, zastosowano soczewkowanie grawitacyjne, w którym masy gromad galaktyk na pierwszym planie są wystarczająco duże, aby zgiąć i powiększyć światło z bardziej odległych obiektów za nimi. Umożliwiło to Hubble'owi wykorzystanie tych kosmicznych szkieł powiększających do badania obiektów, które przekraczają jego nominalne możliwości operacyjne.

Bhatawdekar i jej zespół opracowali nową technikę, która usuwa światło z jasnych galaktyk na pierwszym planie, tworzących soczewki grawitacyjne. To pozwoliło im odkryć galaktyki o masach od 10 do 100 razy mniejszych niż kiedykolwiek wcześniej zaobserwowane dzięki teleskopowi Hubble’a. Galaktyki te znajdują się w odległości wskazującej na to, że powstały, gdy Wszechświat miał mniej niż 1 mld lat.

Astronomowie badali gromadę gwiazd MACSJ0416 i otaczające ją pole za pomocą teleskopu Hubble'a, a także wykorzystali dane pomocnicze z Kosmicznego Teleskopu Spitzera i naziemnego Very Large Telescope Europejskiego Obserwatorium Południowego.

– Nie znaleźliśmy żadnych dowodów na istnienie gwiazd pierwszej generacji z populacji III w tym przedziale czasu. Wyniki te mają głębokie konsekwencje astrofizyczne, ponieważ pokazują, że galaktyki musiały powstać znacznie wcześniej, niż nam się wydawało – powiedział Bhatawdekar, mając na myśli przedział od 500 mln lat do 1 mld lat temu.

Być może głębsze spojrzenie w przeszłość umożliwi teleskop Jamesa Webba, nad którym trwają pracę.

Najstarsza gwiazda

Nazwa gwiazd Populacji III jest nieco myląca, gdyż w rzeczywistości odnosi się do gwiazd, które zaistniały we Wszechświecie jako pierwsze.

Astronomowie sklasyfikowali gwiazdy Drogi Mlecznej jako Populację I – np. gwiazdy takie jak Słońce, które są bogate w cięższe pierwiastki. Nazwa Populacja II została użyta do sklasyfikowania starszych gwiazd Drogi Mlecznej, o niskiej zawartości ciężkich pierwiastków.

Z kolei określenie Populacja III funkcjonuje jako nazwa hipotetycznej populacji najstarszych gwiazd, które mogły powstawać przed uformowaniem się galaktyk. Są to gwiazdy, których pierwotny skład odpowiadał proporcji pierwiastków występujących po pierwotnej nukleosyntezie czyli zerowej metaliczności, tzn. gwiazdy takie zbudowane są wyłącznie z; wodoru, helu, z niewielką zawartością litu.

Mają to być gwiazdy, które wyłoniły się z Wielkiego Wybuchu, około 13,8 miliarda lat temu.

Katarzyna Grzelak