Sciencemag.cz
Doporučujeme
Pomocí dalekohledu ESO/VLT astronomové poprvé pozorovali pozůstatky, které po sobě zanechaly exploze prvních hvězd ve vesmíru. Objevili tři vzdálené oblaky plynu, jejichž chemické složení odpovídá tomu, jaké vědci očekávají po prvních hvězdných explozích. Tyto nové poznatky nás posunují o další krok blíže k pochopení vlastností prvních hvězd, které vznikly po velkém třesku.
„Vůbec poprvé se nám podařilo identifikovat chemické stopy explozí prvních hvězd ve velmi vzdálených plynných mračnech,“ říká doktorandka Andrea Saccardi (Observatoire de Paris – PSL), který vedla tuto studii během při práci na své disertaci (University of Florence).
Vědci se domnívají, že první hvězdy, které se ve vesmíru zformovaly, se velmi lišily od těch, které vidíme dnes. Když se před 13,5 miliardami let zrodily, obsahovaly pouze vodík a helium, nejjednodušší chemické prvky v přírodě [1]. Tyto hvězdy, u nichž se předpokládá, že byly až stokrát hmotnější než naše Slunce, rychle zanikly mohutnými explozemi známými jako supernovy, čímž se okolní plyn poprvé obohatil o těžší chemické prvky. Z takto obohaceného plynu se zrodily pozdější generace hvězd, které při svém zániku také produkovaly těžší prvky. První hvězdy však zanikly již velmi dávno. Jak se o nich tedy vědci mohou dozvědět více? „Prvotní hvězdy lze zkoumat nepřímo, a to na základě detekce chemických prvků, které se v závěru jejich existence rozptýlily do okolí,“ říká profesorka Stefania Salvadori (University of Florence), spoluautorka studie publikované v časopise Astrophysical Journal.
Na základě dat pořízených pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) v Chile se týmu podařilo nalézt tři velmi vzdálené oblaky plynu, které pozorujeme tak, jak vypadaly v době, kdy se stáří vesmíru pohybovalo jen kolem 10-15 % současného věku. Jejich chemické složení odpovídá tomu, jaké očekáváme po explozí prvních hvězd. V závislosti na hmotnosti těchto raných hvězd a energii exploze uvolňovaly tyto první supernovy různé chemické prvky, jako je uhlík, kyslík a hořčík, které se vyskytují ve vnějších vrstvách hvězdných obálek. Některé z těchto explozí však neměly dost energie na to, aby se uvolnily ještě těžší prvky, jako je železo, které se nachází pouze v jádrech hvězd. Při hledání pozůstetků prvních hvězd, které explodovaly jako supernovy s nízkou energií, proto členové týmu pátrali po vzdálených oblacích plynu chudých na železo, ale bohatých na ostatní prvky. A trojici takových vzdálených oblaků v raném vesmíru se jim skutečně podařilo nalézt.
Neobvyklé chemické složení je pozorováno i u mnoha starých hvězd v naší Galaxii, které vědci považují za hvězdy takzvané druhé generace, jež vznikly přímo z „popela“ těch vůbec prvních. V rámci této studie se vědcům podařilo nalézt tento „popel“ v raném vesmíru a přidali tak další chybějící díl do této komplikované skládanky. „Náš objev otevírá nové možnosti nepřímého studia povahy prvních hvězd a doplňuje tak výzkum hvězd v naší galaxii,“ vysvětluje Stefania Salvadori.
K detekci a studiu těchto vzdálených oblaků plynu použil tým jasné objekty známé jako kvazary – velmi intenzivní zdroje záření poháněné superhmotnými černými dírami v centrech vzdálených galaxií. Jak záření z kvazaru putuje vesmírem, prochází oblaky plynu, jejichž chemické složení zanechá ve světle svůj otisk.
K nalezení těchto chemických stop tým analyzoval pozorování několika kvazarů získaná přístrojem X-shooter pracujícím ve spojení s dalekohledem ESO/VLT. Spektrograf X-shooter rozkládá světlo na základí složky a pokrývá extrémně široký rozsah vlnových délek (chcete-li barev), což z něj činí jedinečné zařízení, s jehož pomocí lze identifikovat mnoho různých chemických prvků nejen v těchto vzdálených mračnech.
Naše studie otevírá nová okna pro dalekohledy a přístroje příští generace, jako je například připravovaný dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope) a jeho spektrograf s vysokým rozlišeném ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph). „Pomocí přístroje ANDES a dalekohledu ELT budeme moci podrobněji studovat mnoho těchto vzácných plynných mračen a budeme schopni konečně odhalit dosud záhadnou povahu prvních hvězd,“ dodává spoluautorka studie Valentina D’Odorico (National Institute of Astrophysics in Italy).
Poznámky
[1] Několik minut po velkém třesku se ve vesmíru vyskytovaly pouze tři nejlehčí chemické prvky: vodík, helium a malé množství lithia. Těžší prvky vznikly až mnohem později – v nitrech hvězd.
Další informace
Výzkum byl prezentován v článku, který byl puzblikován ve vědeckém časopise Astrophysical Journal (doi: 10.3847/1538-4357/acc39f).
