James Webb: Μας φέρνει πιο κοντά στους αρχέγονους γαλαξίες

Το σύμπαν γεννήθηκε πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Στα πρώτα του εκατομμύρια χρόνια, πριν ακόμη δημιουργηθούν οι γαλαξίες όπως τους γνωρίζουμε, εμφανίστηκαν τα πρώτα άστρα.

Πρόκειται για τα λεγόμενα άστρα Πληθυσμού III (Population III ή PopIII), τα οποία σχηματίστηκαν αποκλειστικά από υδρογόνο και ήλιο – τα βασικά συστατικά του σύμπαντος μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Δεν περιείχαν καθόλου μέταλλα όπως άνθρακας ή οξυγόνο, αφού αυτά δημιουργήθηκαν αργότερα, μέσα στις ίδιες αυτές άστρες μέσω σύντηξης και υπερκαινοφανών εκρήξεων.

Τα άστρα PopIII ήταν γιγάντια, πολύ πιο μαζικά από τον Ήλιο και ζούσαν ελάχιστα – μόλις μερικά εκατομμύρια χρόνια. Καθώς πέθαιναν, διέσπειραν τα πρώτα βαριά στοιχεία στο σύμπαν και άνοιξαν τον δρόμο για τη δημιουργία των μεταγενέστερων γενεών άστρων, γαλαξιών και τελικά πλανητών όπως η Γη. Αν καταφέρουμε να παρατηρήσουμε αυτούς τους πρώτους γαλαξίες που τα φιλοξένησαν, θα έχουμε μια μοναδική ευκαιρία να δούμε την αρχή της κοσμικής ιστορίας.

Παρά τη δύναμη του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST), μέχρι σήμερα έχουμε ανακαλύψει μόλις 3 πιθανούς υποψήφιους PopIII γαλαξίες. Αυτό συμβαίνει γιατί:

• Τα άστρα αυτά ζούσαν πολύ λίγο, άρα το “σήμα” τους εξαφανίζεται γρήγορα.
• Οι γαλαξίες τους ήταν πολύ μικροί, άρα δύσκολοι στον εντοπισμό.
• Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες έψαχναν μόνο γαλαξίες χωρίς καθόλου μεταλλικές γραμμές – κάτι εξαιρετικά σπάνιο.

Η νέα μελέτη της Έλκα Ρούστα και της ομάδας της έρχεται να ανατρέψει τα δεδομένα. Χρησιμοποιώντας ένα προηγμένο μοντέλο προσομοίωσης γαλαξιών που ονομάζεται NEFERTITI, η ομάδα έδειξε κάτι εξαιρετικά σημαντικό: οι PopIII γαλαξίες μπορεί να εμφανίζουν μεταλλικές γραμμές στο φάσμα τους, όχι επειδή περιέχουν άστρα εμπλουτισμένα με μέταλλα, αλλά επειδή τα πρώτα άστρα είχαν ήδη εμπλουτίσει το περιβάλλον αέριο προτού πεθάνουν.

Επιπλέον, η χαρακτηριστική εκπομπή HeII, που θεωρείται «σήμα» των PopIII άστρων, μπορεί να παραμένει ανιχνεύσιμη για έως και 20 εκατομμύρια χρόνια – δηλαδή πολύ περισσότερο από ό,τι θεωρούσαμε μέχρι σήμερα. Αυτό σημαίνει ότι αρκετοί γαλαξίες που στο παρελθόν αποκλείστηκαν ως υποψήφιοι, επειδή παρουσίαζαν μεταλλικές γραμμές, ενδέχεται τελικά να φιλοξενούν τα πρώτα άστρα του σύμπαντος.

Για τον εντοπισμό αυτών των υβριδικών PopIII γαλαξιών, η ερευνητική ομάδα σχεδίασε νέες διαγνωστικές μεθόδους που βασίζονται σε συνδυασμούς υπεριωδών γραμμών, όπως CIII], CIV, OIII] και φυσικά HeII. Αυτά τα “χημικά αποτυπώματα” βοηθούν να εντοπιστούν γαλαξίες που έχουν ακόμη υψηλό ποσοστό άστρων PopIII (άνω του 25%), αλλά εμφανίζουν και ίχνη εμπλουτισμού στο φάσμα τους.

Διάβασε ακόμη:

• Το τηλεσκόπιο Webb της Nasa εξετάζει σημαντικές ενδείξεις για ζωή πέρα απο τη γη

Όταν εφαρμόστηκαν αυτά τα νέα διαγνωστικά εργαλεία στα δεδομένα της αποστολής JADES του JWST, αποκαλύφθηκαν εννέα γαλαξίες που είχαν αγνοηθεί μέχρι σήμερα. Αυτοί οι υποψήφιοι βρίσκονται τώρα στο επίκεντρο του επιστημονικού ενδιαφέροντος, και αναμένονται πιο λεπτομερείς παρατηρήσεις για να επιβεβαιωθεί η αρχέγονη φύση τους.

Η εργασία αυτή αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζουμε την αναζήτηση των πρώτων γαλαξιών. Μέχρι πρότινος, θεωρούσαμε ότι οποιαδήποτε παρουσία μετάλλων αποκλείει την ύπαρξη PopIII άστρων. Τώρα ξέρουμε ότι η πραγματικότητα είναι πιο σύνθετη, και ότι οι πρώτοι γαλαξίες ίσως είναι περισσότεροι και πιο κοντινοί απ’ όσο φανταζόμασταν.

Το James Webb έχει ήδη φέρει την επανάσταση στην κατανόησή μας για το πρώιμο σύμπαν. Με τις νέες μεθόδους ανάλυσης, κάνουμε ένα ακόμη βήμα πιο κοντά στην παρατήρηση των πρώτων άστρων, εκείνων που φώτισαν το σκοτάδι μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και έθεσαν τα θεμέλια για τη δημιουργία του κόσμου μας.

Η έρευνα χρηματοδοτείται από το ERC Starting Grant NEFERTITI και συμμετέχουν κορυφαία ινστιτούτα στην Ευρώπη.