Δεν ξέρουμε πώς ήταν τα πρώτα αστέρια στο Σύμπαν. Κοιτάζοντας στα μακρινά σημεία του πρώιμου Σύμπαντος, έχουμε δει μόνο ίχνη της παρουσίας τους.
Αλλά μια νέα σειρά αποδεικτικών στοιχείων που εντοπίζονται σε εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb φαίνεται να συμφωνεί με μια πρόσφατη ιδέα που κερδίζει έδαφος: ότι αμέσως μετά την εμφάνιση των πρώτων αστέρων, αν όχι μεταξύ τους, ήταν μπάλες θερμότητας που οδηγούνταν από σύντηξη. και η οργή ότι ήταν απόλυτοι κολοσσοί, με μάζες έως και 10.000 ήλιους.
«Σήμερα, χάρη στα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο James-Webb, πιστεύουμε ότι βρήκαμε μια πρώτη ένδειξη για την παρουσία αυτών των εξαιρετικών άστρων», λέει η αστροφυσικός Corinne Charbonnel του Πανεπιστημίου της Γενεύης στην Ελβετία.
Το πρώτο κομμάτι αυτού του παζλ είναι ένας τύπος ομάδας αστεριών που ονομάζεται σφαιρικό σμήνος. Αυτά είναι σχετικά άφθονα στο τοπικό Σύμπαν. Υπάρχουν περίπου 157 αντικείμενα που κατηγοριοποιούνται ως σφαιρικά σμήνη στον Γαλαξία μας. Είναι πολύ πυκνά σφαιρικά σμήνη που περιέχουν μεταξύ 100.000 και 1 εκατομμύριο αστέρια. και όλα αυτά τα αστέρια έχουν πολύ παρόμοιες χημικές ιδιότητες, υποδηλώνοντας ότι γεννήθηκαν λίγο πολύ την ίδια στιγμή, από το ίδιο νέφος αερίου.
Συχνά αποτελούνται επίσης από πολύ παλιά αστέρια στην πόρτα του θανάτου. Οι αστρονόμοι θεωρούν αυτά τα αρχαία σφαιρικά σμήνη ως «απολιθώματα» από το πρώιμο Σύμπαν και τα μελετούν για να μάθουν για τη χημεία των περασμένων αιώνων.
Αλλά υπάρχει κάτι πραγματικά περίεργο σε αυτά τα παλαιότερα σφαιρικά σμήνη. Εμφανίζουν αναλογίες χημικής αφθονίας που ποικίλλουν από αστέρι σε αστέρι και είναι δύσκολο να εξηγηθούν: εμπλουτισμός ηλίου, αζώτου και νατρίου και σχετική εξάντληση άνθρακα και οξυγόνου.
Η εξήγηση που ταιριάζει καλύτερα σε αυτές τις αφθονίες είναι η καύση υδρογόνου σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Το 2013, οι ερευνητές πρότειναν ότι ένας πιθανός τρόπος για να φτάσουμε σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες είναι στους πυρήνες των μεγάλων άστρων. πολύ μεγάλα αστέρια. Υπερμεγέθη, ακόμη, σε περίπου 10.000 ηλιακές μάζες, με πολύ θερμότερους πυρήνες και πολύ υψηλότερες πιέσεις από τα αστέρια που βλέπουμε σήμερα γύρω μας.
Ο Charbonnel και ο συνάδελφός του Mark Gieles, παλαιότερα στο Πανεπιστήμιο του Surrey αλλά τώρα στο Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης, στην Ισπανία, προσδιόρισαν το 2018 ότι ήταν πιθανό ο αστρικός άνεμος που εκπέμπεται από αυτά τα αστέρια να «μόλυνε» το διαστρικό μέσο των σφαιρικών σμηνών με αυτά τα στοιχεία. Εν τω μεταξύ, οι συνεχιζόμενες συγκρούσεις με μικρότερα αστέρια αναπλήρωσαν τη μάζα του αστεριού. Οποιοδήποτε αστέρι γεννηθεί από μολυσμένο διαστρικό υλικό θα κληρονομούσε τη χημική αφθονία που γεννήθηκε από υπερμεγέθη αστέρια στο πρώιμο Σύμπαν.
Δυστυχώς, αυτά τα παλιά ρυπογόνα αστέρια έχουν πεθάνει εδώ και καιρό, το φως από τα κοντινά σμήνη έχει εδώ και καιρό ξεθωριάσει.
«Τα σφαιρικά σμήνη είναι ηλικίας 10 έως 13 δισεκατομμυρίων ετών, ενώ η μέγιστη διάρκεια ζωής των υπεραστέρων είναι δύο εκατομμύρια χρόνια», λέει ο Gieles. “Ως εκ τούτου, εξαφανίστηκαν πολύ νωρίς από τις ομάδες που είναι παρατηρήσιμες αυτή τη στιγμή. Απομένουν μόνο έμμεσα ίχνη”.
Όλα είναι πολύ καθαρά και τακτοποιημένα. αλλά απαιτούνταν περισσότερα στοιχεία παρατήρησης. Και τότε το JWST έριξε μια ματιά σε έναν γαλαξία πολύ, πολύ μακριά: τον GN-z11, που κρύβεται μόλις 440 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, του οποίου το φως φτάνει σε εμάς μόλις τώρα μετά από ένα ταξίδι 13,3 δισεκατομμυρίων ετών στο διαστελλόμενο διάστημα.
Γνωρίζουμε για το GN-z11 εδώ και μερικά χρόνια, αλλά χρειάστηκε το JWST, το πιο ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ, για να αναλύσει το φάσμα του φωτός που μας έστειλε μέσω του χώρου και του χρόνου.
Τα στοιχεία που μπήκαν αποδείχθηκαν αρκετά περίεργα. Το διαστρικό μέσο του GN-z11 είναι ουσιαστικά εμπλουτισμένο σε άζωτο σε σύγκριση με το οξυγόνο, με αναλογία αφθονίας που είναι περισσότερο από τέσσερις φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου… περίεργο, αν είναι σύμφωνο με το σχηματισμό σφαιρικών σμηνών που έχουν παρατηρήσει αστρονόμοι.
Ο Charbonnel και οι συνεργάτες του διεξήγαγαν εκτεταμένη ανάλυση και μοντελοποίηση και βρήκαν ότι τα γιγάντια αστέρια μεταξύ 1.000 και 10.000 ηλιακών μαζών που σχηματίστηκαν από απρόσμενες συγκρούσεις μικρότερων αντικειμένων μπορούν να εξηγήσουν με συνέπεια τις αναλογίες αφθονίας, όχι μόνο σε σμήνη, σφαιρικά, αλλά και στο GN-z11 ως Καλό.
«Η ισχυρή παρουσία αζώτου μπορεί να εξηγηθεί μόνο από την καύση υδρογόνου σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, στις οποίες μόνο ο πυρήνας των υπερμεγέθων άστρων μπορεί να φτάσει, όπως φαίνεται από τα μοντέλα της Laura Ramírez-Galeano, φοιτήτριας μεταπτυχιακού στην ομάδα μας», Charbonnel Εξηγώ.
Τα στοιχεία δεν είναι καθόλου πειστικά, αλλά μας λένε πού να αναζητήσουμε περισσότερες πληροφορίες. Οι ερευνητές ελπίζουν να λάβουν περισσότερα δεδομένα για τους πρώτους γαλαξίες στο JWST, αναζητώντας παρόμοιες ενδείξεις που μπορούν να μας βοηθήσουν να αναγνωρίσουμε αυτά τα πρώτα αστέρια chonker. Με τη σειρά του, αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση άλλων μυστηρίων, όπως το πώς σχηματίστηκαν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο πρώιμο Σύμπαν και πώς έμοιαζαν τα πρώτα αστέρια στο Σύμπαν.
“Εάν το σενάριο των υπερμεγέθων άστρων μπορεί να επιβεβαιωθεί από μελλοντικές μελέτες, αυτό θα αποτελέσει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για την κατανόησή μας για τα σφαιρικά σμήνη και για τον σχηματισμό υπερμεγέθων αστέρων γενικά, με πολλές σημαντικές επιπτώσεις”, γράφουν οι ερευνητές.
«Σε κάθε περίπτωση, οι περίεργες ιδιότητες του GN-z11 που μόλις αποκαλύφθηκαν από το JWST απαιτούν περαιτέρω μελέτη για την κατανόηση των φυσικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα σε τέτοια ακραία αντικείμενα στο πρώιμο Σύμπαν, και την πιθανή σύνδεσή τους με το σχηματισμό υπερμεγέθων σφαιρικών αστέρων, πιθανώς ως καλά.” υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, μεταξύ άλλων”.
Η έρευνα έχει δημοσιευθεί στο Αστρονομία και Αστροφυσική.