С тех пор, как астрономы поняли, что Вселенная находится в состоянии постоянного расширения и что массивный взрыв, вероятно, начался всего 13,8 миллиардов лет назад ( Большой взрыв ), возникли нерешенные вопросы о том, когда и как образовались первые звезды. Основываясь на данных, собранных НАСА «Уилкинсонский микроволновый зонд анизотропии» (WMAP) и подобных миссиях, считается, что это произошло примерно через 100 миллионов лет после Большого взрыва.
Многие детали того, как работал этот сложный процесс, так и остались загадкой. Тем не менее новые данные, собранные группой под руководством исследователей из Института астрономии им. Макса Планка, указывают на то, что первые звезды должны были сформироваться довольно быстро. Используя данные Магеллановых телескопов в обсерватории Лас Кампанас, команда наблюдала газовое облако, где звездообразование происходило всего через 850 миллионов лет после Большого взрыва.
Исследование, описывающее их результаты, которое недавно появилось в Astrophysical Journal, было проведено Эдуардо Баньядосом. В то время Банадос и его коллеги наблюдали газовое облако, проводя последующие наблюдения по обследованию 15 из самых отдаленных известных квазаров.
Этот обзор был подготовлен Кьярой Маццучелли, астрономом из Европейской южной обсерватории (ESO) и соавтором этого исследования, в рамках ее докторских исследований в Институте астрономии Макса Планка. При исследовании спектров одного квазара, в частности (Р183+05), они отметили, что он имеет некоторые довольно своеобразные особенности.
Используя 6,5-метровые телескопы Магеллана Института Карнеги в обсерватории Лас-Кампанас в Чили, Банадос и его коллеги обнаружили спектральные особенности того, чем они были: находящееся поблизости газовое облако, освещаемое квазаром. Спектры также показали им, как далеко газовое облако было от Земли – более 13 миллиардов световых лет-что делает его одним из самых удаленных когда – либо наблюдавшихся и идентифицированных астрономами.
Кроме того, они обнаружили спектры, которые указывали на наличие следовых количеств таких элементов, как углерод, кислород, железо и магний, которые химически обозначены как «металлы», поскольку они тяжелее гелия. Такие элементы были созданы во время ранней Вселенной, поскольку первые поколения звезд (также называемые «популяция III») выпустили их в космос после того, как они достигли конца своей жизни и взорвались как сверхновые.
Как сказал Майкл Раух, астроном из Института науки Карнеги и соавтор нового исследования:
«После того, как мы убедились, что [мы] смотрели на такой первозданный газ только через 850 миллионов лет после Большого взрыва, мы начали задаваться вопросом, может ли эта система сохранять химические сигнатуры, производимые самым первым поколением звезд».
Поиск звезд первого поколения уже давно является целью астрономов, так как это позволило бы более всесторонне понять историю Вселенной. Со временем элементы, более тяжелые, чем водород, сыграли ключевую роль в образовании звезд, где вещество слипается вместе из-за взаимного притяжения, а затем подвергается гравитационному коллапсу.
Поскольку после Большого взрыва во Вселенной существовали только водород и гелий, звезды первого поколения не имели этих химических элементов, что отличает их от каждого последующего поколения. Поэтому было удивительно отметить относительное количество этих элементов в таком раннем газовом облаке, которое было фактически сопоставимо с тем, что астрономы видят сегодня в межгалактических газовых облаках.
Эти наблюдения представляют собой серьезную проблему для традиционных теорий о том, как сформировались первые звезды в нашей Вселенной. По сути, это указывает на то, что звездообразование должно было начаться намного раньше, чтобы произвести эти химические элементы. На основании исследований, связанных со сверхновыми типа Ia, подсчитано, что взрывы, необходимые для производства этих металлов с наблюдаемым изобилием, могут занять около 1 миллиарда лет.
Это фактически означает, что первые звезды должны были бы образоваться довольно быстро из первичного супа водорода и гелия, который был ранней Вселенной. Это открытие может иметь серьезные последствия для теорий космической эволюции.
Как сказал Баньядос, теперь цель состоит в том, чтобы подтвердить это путем нахождения дополнительных газовых облаков, которые имеют схожие химические содержания:
«Удивительно, что мы можем измерить металличность и химическое содержание так рано в истории Вселенной, но если мы хотим идентифицировать подписи первых звезд, нам нужно исследовать еще раньше в космической истории. Я полон оптимизма, что мы найдем еще более отдаленные газовые облака, которые могли бы помочь нам понять, как родились первые звезды ».
Теория относительности говорит нам, что пространство и время-это два выражения одной и той же реальности. Следовательно, заглядывая дальше во Вселенную, мы также смотрим назад во времени. Таким образом, астрономы смогли скорректировать свои космологические модели и представления о том, как и когда все началось.