Komunikat prasowy

Astronomowie znaleźli odległe obłoki gazu z pozostałościami po pierwszych gwiazdach

3 maja 2023

Korzystając z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), naukowcy po raz pierwszy odkryli ślady pozostawione przez eksplozje pierwszych gwiazd we Wszechświecie. Udało się wykryć trzy odległe obłoki gazu, których skład chemiczny pasuje do tego, czego spodziewamy się jako efekty pierwszych gwiezdnych wybuchów. Odkrycie prowadzi nas o krok bliżej do zrozumienia natury pierwszych gwiazd, które powstały po Wielkich Wybuchu.

„Po raz pierwszy byliśmy w stanie zidentyfikować chemiczne ślady wybuchów pierwszych gwiazd w bardzo odległych obłokach gazu” mówi Andrea Saccardi, doktorant w Obserwatorium Paryskim na Uniwersytecie PSL, który prowadził badania w ramach swojej pracy magisterskiej na Uniwersytecie Florenckim.

Badacze uważają, że pierwsze gwiazdy, które powstały we Wszechświecie, bardzo różniły się od tych, które widzimy dzisiaj. Gdy pojawiły się 13,5 miliarda lat temu, zawierały jedynie wodór i hel, najprostsze pierwiastki istniejące w przyrodzie [1]. Gwiazdy te, przypuszczalnie dziesiątki lub setki razy masywniejsze od Słońca, szybko umarły w potężnych eksplozjach znanych jako supernowe, po raz pierwszy wzbogacając otaczający gaz w cięższe pierwiastki. Kolejne pokolenia gwiazd rodziły się z tego wzbogaconego gazu i potem wyrzucały cięższe pierwiastki, gdy umierały. Jednak te najbardziej pierwsze gwiazdy przeminęły już dawno temu, więc w jaki sposób badacze mogą dowiedzieć się czegoś na ich temat? „Pierwotne gwiazdy można badać w sposób pośredni, wykrywając pierwiastki chemiczne, które rozprzestrzeniły w swoim otoczeniu po swojej śmierci” mówi Stefania Salvadori, profesor Uniwersytetu Florenckiego, współautorka pracy opublikowanej dzisiaj w „Astrophysical Journal”.

Korzystając z danych z należącego do ESO teleskopu VLT w Chile, zespół odkrył trzy bardzo odległe obłoki gazu, widziane w stadium, gdy Wszechświat miał zaledwie 10-15% obecnego wieku, mające „odciski palców” pasujące do tego, czego spodziewamy się z wybuchów pierwszych gwiazd. W zależności od masy tych wczesnych gwiazd i energii ich wybuchów, pierwsze supernowe uwalniały różne pierwiastki, takie jak węgiel, tlen, magnez, które występują w zewnętrznych warstwach gwiazd. Niektóre z tych eksplozji nie były wystarczająco energetyczne, aby wyrzucić cięższe pierwiastki, takie jak żelazo, które występuje jedynie w jądrach gwiazd. W poszukiwaniu oznak pierwszych gwiazd, które wybuchły jako supernowe o małej energii, zespół poszukiwał odległych obłoków gazu ubogich w żelazo, ale bogatych w inne pierwiastki. Udało się odnaleźć takie obiekty: trzy odległe obłoki we wczesnym Wszechświecie, z bardzo małą zawartością żelaza i mnóstwem węgla oraz innych pierwiastków – odcisk palca po wybuchach najbardziej pierwszych gwiazd.

Nietypowy skład chemiczny obserwowano także wielu starych gwiazdach w naszej własnej galaktyce. Naukowcy sądzą, że są to gwiazdy drugiej generacji, które uformowały się bezpośrednio z „popiołów” pozostałych po tych pierwszych. Nowe badania odnalazły popioły we wczesnym Wszechświecie, dodając brakujący element układanki. „Nasze odkrycie otwiera nowe możliwości pośredniego badania natury pierwszych gwiazd, w pełni uzupełniając badania gwiazd w naszej galaktyce” wyjaśnia Salvadori.

Aby wykryć i zbadać odległe obłoki gazu, zespół badawczy użył latarni świetlnych znanych jako kwazary – bardzo jasnych źródeł zasilanych przez supermasywne czarne dziury w centrach odległych galaktyk. Gdy światło od kwazara podróżuje przez Wszechświat, przechodzi przez obłoki gazu, w których różne pierwiastki pozostawiają w nim swój ślad.

Aby znaleźć te chemiczne odciski palców, zespół analizował dane dotyczące kilku kwazarów obserwowanych przy pomocy instrumentu X-shooter na należącym do ESO teleskopie VLT. X-shooter rozdziela światło na bardzo szeroki zakres długości fali (kolorów), co czyni go unikalnym instrumentem do identyfikowania wielu pierwiastków w takich odległych obłokach.

Przedstawione badania otwierają nowe okno teleskopów i instrumentów następnej generacji, takich jak nadchodzący Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT) i jego spektrograf wysokiej rozdzielczości ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES). „Dzięki ANDES i ELT będziemy mogli bardziej szczegółowo badać wiele takich rzadkich obłoków gazu, będziemy też w stanie odkryć w końcu zagadkową naturę pierwszych gwiazd” podsumowuje Valentina D’Odorico, naukowiec z Narodowego Instytutu Astrofizyki we Włoszech, współautorka badań.

Uwagi

[1] W pierwszych minutach po Wielkim Wybuchu jedynymi pierwiastkami istniejącymi w kosmosie były trzy najlżejsze: wodór, hel i lit. Cięższe pierwiastki powstały znacznie później w gwiazdach.

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule, który ukaże się w Astrophysical Journal (doi: XXXXX)

Skład zespołu badawczego: Andrea Saccardi (Observatoire de Paris, Université PSL, Franja; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Włochy [UFlorence]), Stefania Salvadori (UFlorence; INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Włochy), Valentina D’Odorico (Scuola Normale Superiore, Włochy; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Włochy [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Włochy [IFPU]), Guido Cupani (INAF Trieste; IFPU), Michele Fumagalli (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Włochy; INAF Trieste), Trystyn A. M. Berg (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Włochy), George D. Becker (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), Sara Ellison (Department of Physics & Astronomy, University of Victoria, Canada), Sebastian Lopez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać w swoim języku komunikaty prasowe z embargo medialnym
• Dla naukowców: masz ciekawy temat? Zgłoś swoje badania

Kontakt

Andrea Saccardi
GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS
Paris, France
Tel. kom.: +39 3408796870
E-mail: andrea.saccardi@observatoiredeparis.psl.eu

Stefania Salvadori
University of Florence
Florence, Italy
Tel.: +39 055 2755222
E-mail: stefania.salvadori@unifi.it

Valentina D’Odorico
INAF Osservatorio Astronomico di Trieste
Trieste, Italy
Tel.: +39 040 3199217
E-mail: valentina.dodorico@inaf.it

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6176
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych