A legelsőként elpusztult csillagok maradványai kerültek elő távoli gázfelhőkben

4613
Művészi illusztráció egy távoli gázfelhőről, amely különböző kémiai elemeket tartalmaz. Ezeket az atomok sematikus ábráival illusztrálták. (Forrás: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser)

Kutatók első alkalommal találták meg a Világegyetem legelső csillagrobbanásainak nyomát az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (VLT). Három olyan távoli gázfelhőt fedeztek fel, amelyek kémiai összetétele pontosan egybeesik azzal, amit az első csillagok felrobbanása után várnánk. Ezek az eredmények egy újabb lépéssel visznek közelebb bennünket az Ősrobbanás után elsőként kialakult csillagok megismeréséhez.

„Most először sikerült azonosítanunk nagyon távoli gázfelhőkben az első csillagok felrobbanásának kémiai nyomait.” – mondja Andrea Saccardi (Observatoire de Paris), aki a kutatást vezette a Firenzei Egyetemen.

A kutatók úgy gondolják, hogy az Univerzum első csillagai sokban különböztek ma ismert utódaiktól. Amikor 13,5 milliárd évvel ezelőtt megjelentek, csak hidrogént és héliumot tartalmaztak, a természet legegyszerűbb kémiai elemeit. (Néhány perccel az Ősrobbanás után az Univerzumban csak a három legkönnyebb elem, a hidrogén, a hélium és kis nyomokban a lítium volt jelen. A nehezebb elemek később, a csillagokban keletkeztek.) A legelső csillagok jelenlegi tudásunk szerint akár a Nap tömegének több százszorosát is nyomhatták. Hatalmas robbanások kíséretében szupernóvává váltak, melynek során a környező gáz első alkalommal gazdagodott nehezebb elemekkel. A csillagok későbbi generációi ebből a változatosabb összetételű gázból alakultak ki, és cserébe további nehéz elemeket bocsátottak ki, amikor ők is meghaltak.

A legelső csillagok nagyon rég elpusztultak már, vajon hogyan lehetnek a kutatók képesek vizsgálni őket? „Az őscsillagok közvetetten tanulmányozhatók azoknak az elemeknek a vizsgálatával, amelyeket a környezetükbe bocsátottak haláluk után.” – mondja Stefania Salvadori (University of Florence), a The Astrophysical Journal című lapban megjelent tanulmány társszerzője.

A kutatók az ESO chilei VLT távcsövének adatai alapján három nagyon távoli gázfelhőt találtak abból az időszakból, amikor a Világegyetem életkora még csak 10–15%-a volt a jelenleginek. Ezekben a gázfelhőkben pontosan olyan elemeket azonosítottak, amiket a legelső csillagok felrobbanása után várnánk. Az őscsillagok tömegétől és robbanásuk erejétől függően az első szupernóvák olyan elemeket bocsátottak ki, mint a szén, az oxigén és a magnézium, amelyek a csillagok külső rétegeiben vannak jelen. Ezen robbanások egy része azonban nem volt elég erős, hogy olyan nehezebb elemeket adjon, mint a vas, amely csak a csillagok magjában található meg. A csillagászok a kis energiájú szupernóvaként felrobbant első csillagok nyomai után kutattak, ezért olyan távoli gázfelhőket kerestek, amelyekben kevés a vas, de sok az egyéb nehéz elem. Meg is találták őket: három távoli felhőt a korai Világegyetemből, amelyek nagyon kevés vasat, de rengeteg szenet és más elemet tartalmaznak – a legelső csillagok felrobbanásának ujjlenyomatát.

Ezt a sajátos kémiai összetételt már korábban is megfigyelték galaxisunk több öreg csillagában, amelyek a kutatók szerint második generációs csillagokként közvetlenül az elsők „hamvaiból” alakultak ki. A mostani kutatás során ezeket a hamvakat találták meg a korai Univerzumban, így ez a kirakós egy újabb darabja. „A felfedezésünk új utakat nyit az első csillagok közvetett tanulmányozása felé, és remekül kiegészíti saját galaxisunk csillagainak vizsgálatát.” – magyarázza Salvadori.

A távoli gázfelhők észleléséhez és tanulmányozásához a kutatók kvazárok segítségét vették igénybe – ezek olyan erős fényforrások, amelyeket távoli galaxisok központjában lévő szupernagy tömegű fekete lyukak táplálnak. Ahogy a kvazár fénye átszeli a Világegyetemet, útközben áthalad a gázfelhőkön, amelyek különböző kémiai összetétele nyomot hagy rajta.

A kutatók az ESO Nagyon Nagy Távcsövére szerelt X-shooter műszer segítségével vizsgálták meg több kvazár fényét, így keresték ezeket a bizonyos kémiai lenyomatokat. Az X-shooter a beérkező fényt extrém sok hullámhosszra, vagyis színekre bontja, így egyedülálló módon képes számos elemet azonosítani a távoli felhőkben.

Illusztráció a távoli gázfelhők kémiai összetételének vizsgálatáról egy távoli fényforrás, például egy kvazár segítségével. (Forrás: ESO/L. Calçada)

Ez a kutatás új lehetőségekre hívja fel a figyelmet az olyan új generációs távcsövek és műszerek számára, mint amilyen az ESO épülőben lévő ELT távcsöve, és annak nagy felbontású ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES) elnevezésű spektrográfja. „Az ELT-re épülő ANDES segítségével képesek leszünk a legapróbb részletekig megfigyelni ezeket a ritka gázfelhőket, és végre felfedhetjük a legelső csillagok rejtélyeit.” – összegzi Valentina D’Odorico (INAF), a tanulmány társszerzője.

Forrás: ESO

Hozzászólás

hozzászólás