Ανατροπή στο Σύμπαν: Το James Webb εντόπισε τα πρώτα άστρα στην ιστορία

Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι μπορούσαν να μελετούν τα πρώτα άστρα του σύμπαντος μόνο μέσω θεωρητικών μοντέλων. Τώρα, παρατηρήσεις από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) αποκαλύπτουν ίσως την πιο πειστική ένδειξη μέχρι σήμερα για τα αρχαία άστρα Πληθυσμού ΙΙΙ, τα οποία φαίνεται να συγκεντρώνονται γύρω από ένα μικρό συνοδό αντικείμενο που σχηματίστηκε μόλις 400 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Η ανακάλυψη παρουσιάστηκε σε δύο παράλληλες μελέτες που δημοσιεύθηκαν ως προδημοσιεύσεις στον διακομιστή arXiv: η μία υπό την καθοδήγηση του Roberto Maiolino από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και η άλλη της Elka Rusta από το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας. Αν επιβεβαιωθεί, θα μπορούσε να προσφέρει ένα άμεσο παρατηρησιακό παράθυρο στις συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος και να βοηθήσει στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι πρώτες γενιές άστρων διαμόρφωσαν ό,τι ακολούθησε.

Η πρώτη γενιά των άστρων

Σε αντίθεση με τα σημερινά άστρα, τα άστρα Πληθυσμού ΙΙΙ σχηματίστηκαν από νεφελώματα σχεδόν καθαρού υδρογόνου και ηλίου, πριν ακόμη δημιουργηθούν βαρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας, το οξυγόνο και ο σίδηρος. Οι αστρονόμοι θεωρούν ότι αυτά τα άστρα ήταν εξαιρετικά μεγάλα και θερμά, καταναλώνοντας το καύσιμό τους μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια — μια ελάχιστη στιγμή σε κοσμολογική κλίμακα.

Στη συνέχεια, τα άστρα αυτά πιθανότατα εξερράγησαν σε τεράστιες υπερκαινοφανείς, διασπείροντας στο διάστημα τα πρώτα βαριά στοιχεία που εμπλούτισαν την επόμενη γενιά άστρων.

Το 2024, η ομάδα του Maiolino εντόπισε ένα ασυνήθιστο σήμα στον φωτοστέφανο του GN-z11, ενός από τους πιο φωτεινούς γαλαξίες του πρώιμου σύμπαντος. Χρησιμοποιώντας το όργανο NIRSpec-IFU του JWST, που πραγματοποιεί φασματοσκοπία στο εγγύς υπέρυθρο, ανίχνευσαν μια αχνή εκπομπή από ένα μικρό συνοδό αντικείμενο με την ονομασία Hebe, σε απόσταση τριών κιλοπαρσέκ από τον κεντρικό γαλαξία.

Η γραμμή αυτή ταυτίστηκε με το φάσμα του διπλά ιονισμένου ηλίου, κάτι που απαιτεί εξαιρετικά ισχυρή ακτινοβολία. Σε συνδυασμό με την απουσία μεταλλικών στοιχείων στο φάσμα, η ομάδα υπέθεσε ότι η πηγή είναι τα άστρα Πληθυσμού ΙΙΙ, αν και τέτοια αρχέγονα άστρα δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ άμεσα.

Μια πιο προσεκτική ματιά

Με τη βοήθεια της υψηλότερης ανάλυσης του NIRSpec-IFU, η ομάδα του Maiolino επιβεβαίωσε ότι το σήμα του ηλίου είναι πραγματικό και μάλιστα διαχωρίζεται σε δύο διακριτά συστατικά.

Σε ανεξάρτητη μελέτη, η ομάδα της Rusta εντόπισε και μια γραμμή εκπομπής υδρογόνου από το ίδιο σημείο, προσφέροντας δεύτερη επιβεβαίωση για την ταυτοποίηση. Καμία από τις δύο έρευνες δεν βρήκε ενδείξεις ύπαρξης βαρύτερων στοιχείων στις εκπομπές.

Χρησιμοποιώντας θεωρητικά μοντέλα, η ομάδα της Rusta υπολόγισε, βάσει του λόγου ηλίου προς υδρογόνο που παρατηρήθηκε στο Hebe, τη μάζα αυτών των πρώτων άστρων. Η ανάλυση δείχνει ότι τα περισσότερα είχαν μάζες από 10 έως 100 φορές μεγαλύτερες από του Ήλιου, επιβεβαιώνοντας τις θεωρίες ότι οι πρώτες αστρικές γενιές ήταν τεράστιες και ιδιαίτερα θερμές, σε ένα σύμπαν ακόμη «φτωχό» σε βαριά στοιχεία.

Παρότι απαιτούνται πολλές ακόμη παρατηρήσεις για να αποκαλυφθούν περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη ζωή αυτών των αρχέγονων άστρων, τα ανεξάρτητα αυτά αποτελέσματα αποτελούν μία από τις πιο σαφείς ενδείξεις ότι πράγματι υπήρξαν. Οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι στη βάση αυτών των δεδομένων θα μπορέσουν σύντομα να φωτίσουν καλύτερα την προέλευση των δομών που διαμορφώνουν το σύμπαν σήμερα.