Počáteční hvězdná formace představuje nové kosmické tajemství

Nová pozorování naznačují, že hvězdy začaly tvořit pouhých 250 milionů let poté, co byl Velký třesk rekordér, který pravděpodobně otevře novou řadu kosmologického průzkumu.

Astronomové, kteří se dívali zpět do času, naznačují, že kosmické temné věky dříve, než vesmír hostil moře zářivých světel, by neměly trvat déle než 250 milionů let. Tým dnes prezentoval své výsledky v časopise Nature .

Takuya Hashimoto (Osaka Sangyo University, Japonsko) a jeho kolegové použili Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), aby se podívali na galaxii, jejíž světlo bylo emitováno 550 milionů let po velkém třesku, a zachytilo dlouho hledaný signál: kyslík. Je to nejvzdálenější galaxie, pro kterou astronomové dokázali detekovat jednotlivé prvky a tento jediný prvek má velký příběh.

Galaxy cluster MACS J1149.5 + 2223 obsahuje na tomto snímku pořízeném Hubbleovým vesmírným dalekohledem. Vložka ukazuje pohled ALMA na kyslík (zelený) v galaxii MACS1149-JD1, jejíž světlo prošlo na Zemi 13, 28 miliard světelných let.
Úvod: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Hashimoto et al .; Pozadí: Hubbleův kosmický dalekohled NASA / ESA / W. Zheng (JHU) / M. Postman (STScI) / CLASH Team

Protože se z Velkého třesku vynořil pouze vodík, hélium a malé lithium, byl mladý vesmír nedotčený. Až do exploze první generace hvězd, která do vesmíru vdechla uhlík, kyslík a další těžké prvky, se zásoby prvků ve vesmíru zvýšily. Detekce kyslíku 550 milionů let po Velkém třesku naznačuje, že generace hvězd se již vytvořila a zemřela tímto okamžikem.

Hashimoto a jeho kolegové odhadují, že první generace hvězd by se vytvořila 250 milionů let po Velkém třesku - i když Planckova měření kosmického mikrovlnného pozadí naznačuje, že formace hvězd by v této epochě nebyla převládající. Výsledky jsou však v souladu s předběžným výsledkem experimentu EDGES, který našel signál od hvězd, které se vytvořily pouhých 180 milionů let po Velkém třesku. Výsledek EDGES stále čeká na potvrzení od ostatních skupin provádějících podobné experimenty.

Po celá desetiletí se týmy vědců snaží najít podpisy prvních hvězd - a je to víc než jen kosmická zvědavost. „Obnovený optimismus se přibližuje a blíží se přímému svědectví narození hvězdného světla, “ říká spoluautor Richard Ellis (University College London) v tiskové zprávě. "Protože jsme všichni vyrobeni ze zpracovaného hvězdného materiálu, je to opravdu nalezení našeho vlastního původu."

Výbušný start

Navíc tým také použil infračervená data pořízená pomocí Hubbleova kosmického dalekohledu a kosmického dalekohledu Spitzer k získání počtu hvězd v galaxii. Galaxie obvykle tvoří malé množství hvězd s vysokou hmotností a velké množství hvězd s nízkou hmotností. Hvězdy s vysokou hmotností umírají jako první a explodují jako supernovy několik milionů let poté, co se vytvoří. Hvězdy s nejnižší hmotností však mohou přežít po biliony let - mnohem déle než věk vesmíru.

Ale Hashimoto a jeho kolegové viděli, že galaxie obsahovala ještě méně hvězd s vysokou hmotností, než se očekávalo - což znamenalo, že formace hvězd odstartovala silné, zúžené a pak začala znovu tvořit hvězdy. To je opak předpovědí ze simulací raného vesmíru. V těchto časných epochách se očekávalo, že se rychlost tvorby hvězd časem zvýší, začíná pomalu a poté roste exponenciálně - alespoň u galaxií s vysokou hmotností, jako byl ten, který zjistil Hashimotův tým.

„Může to znamenat, že první generaci galaxií opravdu nerozumíme dostatečně dobře, “ říká spoluautor Erik Zackrisson (Uppsala University, Švédsko). "Mohou existovat nějaké přísady, které ze simulací chybí."

Objevení této chybějící složky bude cílem budoucí práce, ale Zackrisson má několik nápadů. Mohlo by to být tak, že první generace hvězd produkovala mnohem silnější supernovy, než si myslí teoretici. Nebo možná tato konkrétní galaxie hostí drsnou supermasivní černou díru. Oba uvolní silné větry, které vytlačí plyn z galaxie a potlačí další formování hvězd.

Rychard Bouwens (Leiden University, Nizozemsko), který se studie nezúčastnil, tvrdí, že závěry článku jsou spolehlivé, ale nejisté, pouze proto, že tým doposud nahlédl do historie vesmíru. "Je to tak vždy, když jste na špici, " říká. "Mohlo by to být důležitým vodítkem toho, co se stalo ve velmi raných časech ve vesmíru, ale nemůžeme si být jisti, dokud nezpozorujeme více objektů."

Bouwens i Zackrisson jsou nadšeni zahájením kosmického dalekohledu James Webb do roku 2020, který bude v těchto raných dobách schopen přímo zobrazovat galaxie. Nejen to, ale od Webb se očekává, že si představí stovky, ne-li tisíce těchto mladých galaxií. Bouwens jako takový porovnává současná pozorování s postavením na lodi, která je obklopena hustou mlhou. Ačkoli byste mohli vidět mlhavé obrysy majáku s Hubbleem nebo Spitzerem, James Webb Space Telescope se bude chovat jako paprsky slunečního záření - nutí mlhu vyčistit se a umožní nám jasně vidět maják i skalnaté pobřeží za tím.

Odkaz:

T. Hashimoto a kol. "Počátek formování hvězd 250 milionů let po Velkém třesku." Příroda, 2018 17. května.