Η προέλευση και ο σχηματισμός των πρώτων αστεριών
Μια παρουσίαση με βάση προσομοιώσεις σε υπολογιστές

Άρθρο, Ιούνιος 2002

Στις 3 Ιουνίου 2002, εκατομμύρια άνθρωποι συνδεδεμένοι με το Αμερικανικό τηλεοπτικό κανάλι Discovery Channel, μπόρεσαν να δουν μια ομάδα αστρονόμων να περιγράφει πως βγήκε η πρώτη λάμψη των άστρων, με εικόνες που βγήκαν από προσομοιώσεις υπολογιστών. Οι αστροφυσικοί που έδωσαν τον τίτλο "Το Εξελισσόμενο Σύμπαν" ήταν οι πιο σπουδαίοι στο είδος τους. Μεταξύ των οποίων ήταν ο Tom Abel, καθηγητής της αστρονομίας και αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνιας, ο Abraham Loeb, ένας κοσμολόγος στο Smithsonian Κέντρο για την αστροφυσική στο Καίμπριτζ της Μασαχουσέτης, ο οποίος χώρισε την ιστορία του σύμπαντος σε δύο εποχές -- πριν και μετά από τη γέννηση των πρώτων αστεριών.  

Οι νέες, περίπλοκες προσομοιώσεις των υπολογιστών εκείνων των βρεφών-αστεριών παρέχουν μια ακριβέστερη εκτίμηση για το πότε σχηματίσθηκαν και πόση μάζα είχαν. Η εύρεση των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων αυτών των πρώτων αστεριών είναι κρίσιμη, σημειώνει ο Volker Bromm του ιδίου Κέντρου στο Χάρβαρντ, επειδή όχι μόνο φώτισαν τον κόσμο, αλλά και επηρέασαν βαθιά τη γέννηση και την εξέλιξη των γαλαξιών.

Δέκα ή 15 έτη πριν, οι περισσότεροι κοσμολόγοι υπέθεταν ότι οι γαλαξίες διαμορφώθηκαν γενικά, κατά τη διάρκεια μιας πολύ περιορισμένης χρονικής διάρκειας, και αφιέρωσαν ένα μεγάλο μέρος της έρευνάς τους στην επισήμανση εκείνης της εποχής. Όμως τώρα οι αστρονόμοι αποδέχονται ότι ο σχηματισμός των γαλαξιών είναι μια διαδικασία που συνεχίζεται, με μικρότερους γαλαξίες να σχηματίζονται πρώτα και αργότερα να συγχωνεύονται για να φτιαχθούν οι πιό μεγάλοι. Αλλά εκεί μέσα υπήρξε μια ομάδα των πρώτων -πρώτων αστεριών, και είναι η αρχή αυτής της αλυσίδας, του σχηματισμού των γαλαξιών. Αυτά τα πρώτα αστέρια θέτουν τη βάση για όλα αυτά που θα συμβούν κατόπιν.

Έτσι αν αποκαλύψουν οι αστρονόμοι τη φύση των πρώτων αστεριών, θα βοηθήσουν να λυθεί το θεμελιώδες αίνιγμα της κοσμολογίας: Πώς  ένας σχεδόν τέλεια λείος, σκοτεινός κόσμος γίνεται άμορφος και γεμάτος αστέρια; Αν και τα πρώτα αστέρια έζησαν και πέθαναν δισεκατομμύρια έτη πριν, η εκρηκτική κληρονομιά τους μπορεί να έχει αφήσει ένα σημάδι, που τα τηλεσκόπια πάνω στη Γη μπορούν να ανιχνεύσουν.

Αστρικά μοντέλα

Προτού οι αστρονόμοι μπορέσουν στο να ξεκαθαρίσουν επιτυχώς για τα σημάδια των πρώτων αστεριών στο σύμπαν, πρέπει να ξέρουν ακριβώς για το τι ψάχνουν. Αυτό είναι το σημείο όπου εισέρχεται η μοντελοποίηση. Η γέννηση των αστεριών, ειδικά όπως συμβαίνει στη βαβούρα του σύμπαντος σήμερα, είναι εμφανώς δύσκολο να μοντελοποιηθεί.

Διάφορα χαρακτηριστικά γνωρίσματα που έχουν τα πρώτα αστέρια απλοποιούν αυτή την πρόκληση, σημειώνει ο Tom Abel του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας. Οι θεωρητικοί έχουν μόνο να παρακολουθήσουν τα ίχνη του υδρογόνου, του ηλίου, και μικρών ποσοτήτων μερικών βαρύτερων στοιχείων, καθώς αυτά ήταν τα μόνα άτομα που δημιουργήθηκαν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αντίθετα από τα πιό τελευταία επεισόδια του σχηματισμού των αστεριών, δεν υπήρξε τότε καμία σκόνη, αστρικός άνεμος, μαγνητικό πεδίο, ή κοσμικές ακτίνες για να περιπλέξουν τη γέννηση των αστεριών.

Η φλογερή βολίδα από την οποία ξεκίνησε ο κόσμος, περίπου 14 δισεκατομμύρια έτη πριν, ήταν απίστευτα θερμή και τυφλά φωτεινή. Μετά από περίπου 300.000 έτη, εντούτοις, το διαστελλόμενο σύμπαν ψύχθηκε αρκετά, ώστε η ακτινοβολία που προερχόταν από τη Μεγάλη έκρηξη να μετατοπιστεί στα πιό μακρά, αόρατα μήκη κύματος και να ταξιδέψει ελεύθερα στο διάστημα. Η λαμπερή αρχή του κόσμου τελείωσε, δίνοντας τόπο σε μια εποχή της μαυρίλας. Σχεδόν χωρίς δομή και χωρίς ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, ο κόσμος παρέμεινε στο σκοτάδι για εκατομμύρια έτη. Αλλά ακόμη και στο σκοτάδι, οι μικροσκοπικές, αρχέγονες διακυμάνσεις στην πυκνότητα της ύλης γίνονταν ολοένα και μεγαλύτερες.

Η άνοδος των αστεριών

Πάνω σειρά: Οι κόκκινες και κίτρινες ίνες απεικονίζουν το σχηματισμό (αριστερά προς δεξιά) του πρώτου μικρογαλαξία στον κόσμο. Οι πρώτοι γαλαξίες σχηματίζονται ιεραρχικά. Τα μικρά αντικείμενα σχηματίζονται στις διασταυρώσεις των ινών και συγχωνεύονται προς ολοένα και μεγαλύτερα αντικείμενα. Όταν αυτά τα προ-γαλακτικά αντικείμενα γίνονται τόσο βαριά όσο ένα εκατομμύριο φορές τη μάζα του ήλιου μας, τότε σχηματίζεται ένα βαρύ άστρο μέσα σε αυτά.
Μέση σειρά: Στο κέντρο του μικρογαλαξία, το αέριο συμπυκνώνεται (αριστερά προς δεξιά) από ένα νέφος τέτοιας μάζας, όπως 1.000 ήλιοι, στο πρώτο-αστέρι (λευκό σημείο στα δεξιά). Φαίνεται και ο πρωτο-αστρικός δίσκος γύρω από αυτό το πρωτο-αστέρι (με μπλε χρώμα)
Κατώτατη σειρά: Τρία εκατομμύρια έτη μετά από τη γέννησή του, το πρώτο ογώδες αστέρι στον κόσμο πεθαίνει με μια έκρηξη σουπερνόβας, που καταστρέφει ολοκληρωτικά τον μικρογαλαξία στον οποίο σχηματίσθηκε και που τον περιβάλει,   σκορπίζοντας τα βαρέα στοιχεία που συνθέτουν μαγνητικά πεδία στο διαγαλαξιακό μέσο.

Μια προσομοίωση υπερυπολογιστών του αρχικού σύμπαντος που αναπτύσσεται από τους Abel και τους συνεργάτες του, υποθέτει την ύπαρξη μιας ψυχρής σκοτεινής ύλης που κινείται αργά ενός αόρατου υλικού που όπως πιστεύεται φτιάχνει ώς και το 90% της μάζας του Σύμπαντος. Σύμφωνα με το σενάριο της ψυχρής, σκοτεινής ύλης, σχηματίσθηκαν πρώτα μικρά αντικείμενα και ύστερα αυτά συνενώθηκαν σε αντικείμενα μεγέθους ενός γαλαξία.

Η προσομοίωση που έγινε από τους Abel, Greg Bryan του M.I.T. και Michael Norman του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο, άρχισε 13 εκατομμύρια έτη μετά το Big Bang. Αυτό έγινε όταν ψυχρή, σκοτεινή ύλη ξεκίνησε να σχηματίζει μια συμπαγή μάζα και σχημάτισε μια αόρατη άλως σε περιοχές που συγκρατήθηκε, ελαφρώς υψηλότερη από το μέσον όρο,  συγκέντρωση της ύλης.

Μετά από περίπου 100 εκατομμύρια έτη, είχε αρχίσει να διαμορφώνεται μια άλως ψυχρής-σκοτεινής-ύλης, που ζύγιζε περίπου 100.000 φορές όσο ο ήλιος μας, σύμφωνα με το μοντέλο της ομάδας και το οποίο περιγράφηκε στο τεύχος της 4ης Ιανουαρίου του Science. Αυτή η άλως από ψυχρή σκοτεινή ύλη είναι το πρώτο αντικείμενο που ώθησε προς τα μέσα και περιόρισε μικρά ποσά αερίου υδρογόνου και ηλίου -- τις ουσίες από τις οποίες αποτελέσθηκαν τα πρώτα αστέρια.

Αυτό μάλιστα δεν ήταν κανένα εύκολο γεγονός, επειδή η βαρύτητα έπρεπε να υπερνικήσει την πίεση προς τα έξω που ασκείται από τα αέρια, τα οποία έγιναν ακόμη πιο συμπιεσμένα και καυτά, καθώς περιορίστηκαν σε μια μικρότερη περιοχή του χώρου.

Για να φτιάξει τα αστέρια, το συμπιεσμένο αέριο πρέπει να γίνει ακόμα πυκνότερο. Πρέπει να ψυχθεί σε μερικούς βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Αλλά προκειμένου να ψυχθεί, το αέριο πρέπει πρώτα να γίνει σχετικά θερμό.

Επειδή αυτές οι πρώτες άλως της ύλης δεν είχαν μεγάλη μάζα, συμπίεσαν το παγιδευμένο αέριο μόνο ελαφρώς, και το υλικό επομένως δεν έφθασε ποτέ σε μια θερμοκρασία πολύ μεγαλύτερη από τους 1.000 βαθμούς Κelvin. Σε εκείνη την θερμοκρασία, το αέριο έχει αρκετή ενέργεια για να διεγείρει το μοριακό υδρογόνο αλλά όχι τόσο για την διέγερση του ατομικού υδρογόνου. Τα διεγερμένα σωμάτια ψύχουν τα αέρια με τη μετατροπή της θερμότητάς τους σε ακτινοβολία, η οποία ξεφεύγει στο διάστημα. Εντούτοις, το μοριακό υδρογόνο είναι πολύ χειρότερο ψυκτικό μέσο από ό,τι το ατομικό υδρογόνο.

Οι προσομοιώσεις με υπολογιστές δείχνουν ότι τα νέφη των αερίων μέσα σε κάθε μία από τις άλως ψυχρής σκοτεινής ύλης ζυγίζουν τουλάχιστον 1.000 φορές όσο και ο ήλιος μας -- μια πρώιμη, ελαφρά έκδοση των γιγαντιαίων μοριακών νεφών που θα γεννούσαν αργότερα χιλιάδες αστέρια στο Γαλαξία μας και αμέτρητους άλλους γαλαξίες. Στον ίδιο πυρήνα του κάθε νέφους, ένα χοντρό κομμάτι υλικού περίπου μάζας όσο και ο ήλιος μας, συμπυκνώνεται γρήγορα. Αλλά πριν αυτό το μικρό, σχετικά πυκνό κομμάτι υλικού είχε μια πιθανότητα να μετατραπεί σε ένα σχετικά ελαφρύ αστέρι, αέριο μάζας όπως 100 ήλιοι, συσσωρεύθηκε πάνω από αυτό. Αυτό, επίσης, ψύχθηκε από το μοριακό υδρογόνο.

Ολόκληρη διαδικασία, από την πρώτη άλως έως το πρώτο αστέρι, συνέβη τόσο γρήγορα -- σε λιγότερο από 10.000 έτη περίπου -- που δεν υπήρξε κανένας χρόνος για το υλικό να τεμαχιστεί. Αντ' αυτού, γεννήθηκε ένα ενιαίο αστέρι μεγάλης μάζας. Καθώς παρόμοια αστέρια έλαμψαν με την παρουσία τους σε όλο το σύμπαν μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια έτη μετά από το Big Bang, ο Κοσμικός Σκοτεινός Αιώνας (Μεσαίωνας) τελείωσε.

Αυτά τα πρώτα αστέρια, που το κάθε ένα ζυγίζει 50 έως 300 φορές τη μάζα του ήλιου, "είναι πολύ σπάνια κτήνη" σύμφωνα με τον Bromm. "Εάν θα μπορούσαμε να κοιτάξουμε το σύμπαν τότε, θα φαινόταν πολύ, μα πολύ βαρετό, σκοτεινό με πολύ λίγα αναγνωριστικά σήματα φωτός". Ο Bromm, μαζί με τον Paolo S. Coppi και Richard Β. Larson του Πανεπιστημίου Yale στο Νιού Χάβεν του Κοννέκτικατ, περιέγραψαν το μοντέλο τους σε διάφορα πρόσφατα άρθρα στο Astrophysical Journal.

Αλλά αυτό ακριβώς είναι μέρος της ιστορίας που λέγεται από τα νέα μοντέλα. Αν και αυτά τα αστέρια φώτισαν το σύμπαν, δεν διήρκεσαν πολύ. Όπως τα περισσότερα μεγάλα αστέρια, έλαμψαν με ένα εκρηκτικό ρυθμό και κάηκαν γρήγορα, μετά από ακριβώς 3 εκατομμύρια έτη. Οι εκρήξεις σουπερνόβας που τελείωσαν τις σύντομες ζωές αυτής της πρώτης γενεάς των εξαιρετικά ογκωδών αστεριών ήταν 100 φορές ισχυρότερες από το διάσημο σουπερνόβα άστρο 1987A, το οποίο οι αστρονόμοι το είδαν σε έναν κοντινό γαλαξία πριν 15 έτη.

Γέννηση ενός βαρέων βαρών άστρου Η προσομοίωση εμφανίζει υλικό από ένα νέφος αερίου (κίτρινο, κόκκινο, πορφυρό) για να καταρρεύσει σε ένα από τα πρώτα αστέρια στο σύμπαν. Από αυτό, το πυκνότερο αέριο (κίτρινος πυρήνας) θα σχηματίσει ένα αστέρι μερικές φορές μεγαλύτερης μάζας από τον ήλιο. Αλλά  το χαμηλής πυκνότητας αέριο (κόκκινο) γρήγορα θα συσσωρευτεί στον πυρήνα όπου θα σχηματίσει ένα άστρο περίπου 100 φορές πιο μεγάλης μάζας από τον ήλιο.

Οι πρώτες εκρήξεις είχαν διάφορες συνέπειες για τις μελλοντικές γενεές των αστεριών και το σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών, σημειώνει ο Abel. Αυτά τα αρχικά σουπερνόβα σφυρηλάτησαν στο διάστημα τα πρώτα στοιχεία τα οποία οι αστρονόμοι θεωρούν ότι είναι μέταλλα -- οποιοδήποτε άτομο που είναι βαρύτερο από το στοιχείο ήλιο. Με το γέμισμα του διαστήματος με μέταλλα στις αρχές του χρόνου, τα πρώτα αστέρια άλλαξαν τη σύνθεση της  διαθέσιμης πρώτης ύλης για την παραγωγή των νέων αστεριών. Τα μέταλλα ακτινοβολούν μακρυά επίσης τη θερμότητα καλύτερα από ό,τι μπορεί το υδρογόνο, παρέχοντας έναν αποδοτικότερο τρόπο για το συμπιεσμένο αέριο να ψυχθεί και να σχηματίσει αστέρια.

Η πρόωρη διασπορά του διαστήματος με μέταλλα υπολογίζεται με παρατηρήσεις των φασμάτων του φωτός από τα απόμακρα κβάζαρ. Το φως από αυτά τα λαμπρά αναγνωριστικά σήματα διαπερνά τα πολυάριθμα νέφη αερίου και τους νεοσσούς γαλαξίες καθώς ταξιδεύει στη Γη, και η ακτινοβολία που απορροφάται από αυτά τα ενδιάμεσα συστήματα δείχνουν τη σύνθεσή τους. Μέχρι τώρα, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά στον χρόνο οι αστρονόμοι έχουν κοιτάξει χρησιμοποιώντας τα πιό απόμακρα κβάζαρ που είναι γνωστά, δεν έχουν ακόμα βρει ένα νέφος απαλλαγμένο μετάλλων.

Σε εκείνη την εποχή τα πρώτα supernova, μαζί με την σφυρηλάτηση των πρώτων μετάλλων, έδωσαν το 99% του αερίου που δεν είχε ακόμη συμπυκνωθεί σε άστρα. Οι εκρήξεις διασκόρπισαν την ύλη παντού στο σύμπαν και ο σχηματισμός των άστρων σταμάτησε για αρκετά εκατομμύρια έτη.

Η ίδια η ύπαρξή μας μπορεί να εξαρτάται από μια τέτοια διακοπή, λέει ο Martin Rees του Πανεπιστημίου του Καίμπριτζ στην Αγγλία. Εάν είχε περισσότερο αέριο συμπυκνωθεί κατά γρήγορα τρόπο στα αστέρια και είχε μείνει εκεί, το σύμπαν θα είχε καταναλώσει γρήγορα το υλικό για το σχηματισμό των άστρων. Σήμερα ο κόσμος θα ήταν πλήρης από ηλικιωμένα, κόκκινα αστέρια σε νάνους γαλαξίες, οι οποίοι ήταν οι πρώτοι γαλαξίες που είχαν σχηματισθεί στο Σύμπαν. Οι μεγάλοι σπειροειδείς γαλαξίες όπως ο Γαλαξίας μας, που είναι πλούσιοι σε αέριο, θα ήταν σπάνιοι παρά ο κανόνας.

Υπέρψυξη

Σύμφωνα με τον Abel και τους συναδέλφους του, οι άλως με κρύα, σκοτεινή ύλη συνέχισαν να γίνονται μεγαλύτεροι ανεξάρτητα από τις εκρήξεις των σουπερνοβών ή οποιαδήποτε άλλη μη βαρυτική δύναμη. Κι΄αυτό επειδή η κρύα σκοτεινή ύλη, για παράδειγμα λένε οι θεωρητικοί, αντιδρά μόνο με τη βαρύτητα και είναι αδιαπέραστη στην πίεση.

Μερικά εκατομμύρια έτη μετά από τα πρώτα αστέρια που εξερράγησαν, η κάθε άλως ζύγιζε τουλάχιστον 100 εκατομμύρια ήλιους, κατά προσέγγιση η μάζα ενός νάνου γαλαξία σήμερα. Η άλως αυτό το ογκώδες αντικείμενο σημαδεύει ένα άλλο κύριο σημείο στο σχηματισμό αστεριών, λέει ο Abel, επειδή μπόρεσαν να τραβήξουν πίσω το αέριο που διασκορπίστηκε από τους σουπερνόβα και να το συμπιέσουν σε θερμοκρασίες τόσο υψηλές όπως 10.000 Kelvins. Αέριο τόσο καυτό μπορεί να ψυχθεί αποτελεσματικότερα επειδή έχει αρκετή ενέργεια για να διεγείρει το ατομικό υδρογόνο.

Επειδή το ατομικό υδρογόνο είναι ένα τέτοιο καλό ψυκτικό μέσο,  συμπυκνώνεται πολύ περισσότερο αέριο σε αστέρια από αυτό που ήταν δυνατό κατά τη διάρκεια του πρώτου -πρώτου επεισοδίου του σχηματισμού αστεριών. Αυτή τη φορά, μερικές εκατοντάδες χιλιάδες αστέρια σχηματίσθηκαν  -- το ισοδύναμο ενός σφαιρικού τομέα. Θα διαρκούσε ακόμα μερικά δισεκατομμύρια έτη για τους σπειροειδείς και ελλειπτικούς γαλαξίες, όπως φαίνονται γύρω από μας σήμερα, για να συγκεντρωθούν. Αφ' ετέρου, μερικά από αυτά τα πρόωρα αντικείμενα θα εμοίαζαν με τους μικρότερους γαλαξίες που περιβάλλουν τώρα το Γαλαξία μας. Αυτοί οι άλως και τα αστέρια που περιείχαν -- μερικά 500 εκατομμύριο έτη μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη -- θα μπορούσαν να θεωρηθούν σαν οι πρώτοι γαλαξίες στον κόσμο, λέει ο Bromm.

Αυτά τα αντικείμενα είναι οι στόχοι του διαστημικού τηλεσκοπίου επόμενης γενεάς της NASA (NGST), ο προτεινόμενος διάδοχος του διαστημικού τηλεσκόπιου Hubble. Όταν προωθεί σε μια δεκαετία από τώρα, ο NGST μπορεί να ρίξει μια ματιά σε σμήνη μερικών από τα πρώτα -πρώτα αστέρια στον κόσμο. Οι ομάδες αυτών των αστεριών θα είχαν εκπέμψει άφθονα ποσά υπεριώδους φωτός, τα οποία θα είχαν απορροφηθεί έπειτα από το περιβάλλον αέριο υδρογόνου και θα το εξέπεμψαν σε πιό μακρά μήκη κύματος.

Ένας φασματογράφος στο άκρο υπέρυθρο στο τηλεσκόπιο NGST πρέπει να έχει την ικανότητα να ανιχνεύσει αυτήν την ακτινοβολία, λέει ο Nino Panagia του Διαστημικού Ιδρύματος Επιστήμης Τηλεσκοπίων στην Βαλτιμόρη.  Ο φασματογράφος πρέπει επίσης να ανιχνεύσει τα μικρά ποσά άνθρακα και οξυγόνου -- ένα μέρος στο εκατό, σχετικά με το υδρογόνο -- που  αυτά τα πρώτα αστέρια θα είχαν παραγάγει όταν εξερράγησαν.

Αλλά οι αστρονόμοι δεν μπορούν να περιμένουν μια δεκαετία για να βρουν πολύ πιό δραματικά, αν και έμμεσα, σημάδια των πρώτων αστεριών. Οι εκρηκτικοί θάνατοί τους μπορεί να είχαν αφήσει πίσω σήματα που μπορούν να ανιχνευθούν με τα παρόντα τηλεσκόπια. Σύμφωνα με μια δημοφιλή θεωρία για τις εκρήξεις των γάμμα-ακτίνων, αυτές οι ενεργητικές λάμψεις της ακτινοβολίας σχηματίζονται όταν εκρήγνυται ένα εξαιρετικά ογκώδες αστέρι ως σουπερνόβα. Η έκρηξη είναι τόσο ισχυρή που το υπόλοιπο που αφήνεται πίσω από το σουπερνόβα μετατρέπεται σε μαύρη τρύπα. Οι εκρηκτικοί θάνατοι της πρώτης γενεάς των αστεριών θα μπορούσαν επομένως να ανιχνευθούν σήμερα καθώς εκρήγνυται γάμμα ακτίνες.

Διάφοροι ερευνητές συμφωνούν ότι μερικές από τις εκρήξεις που φθάνουν τώρα στον πλανήτη μας μπορεί να έχουν προέλθει από τα πιό πρώιμα αστέρια που σχηματίσθηκαν στο Σύμπαν και να είχαν ταξιδεψει έπειτα προς τη Γη για σχεδόν 14 δισεκατομμύρια έτη. Οι Bromm και Loeb υπολογίζουν ότι τα πρώτα 15 τοις εκατό των αστεριών που διαμορφώθηκαν στον κόσμο θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνα για ένα σημαντικό μέρος όλων των εκρήξεων γάμμα-ακτίνων που μπορούν να παρατηρηθούν από τη Γη.

Τα τηλεσκόπια όπως το Παρατηρητήριο Compton των Ακτίνων Γάμμα, που τοποθετήθηκε γύρω από τη Γη, από το 1991 ως το 2000, σε τροχιά, έχουν ανιχνεύσει χιλιάδες εκρήξεις. Μερικές από αυτές μπορεί ήδη να έχουν προέλθει από τα πρώτα αστέρια, λέει ο Loeb. Αν και οι αστρονόμοι μπορούν μόνο να μελετήσουν τις εκρήξεις,  οι αναλαμπές τους -- η ακτινοβολία που εκπέμπεται σε ακτίνες-X, το ορατός φως, τις υπέρυθρες ακτίνες, και τα ραδιο μήκη κύματος -- μπορούν να διαρκέσουν για εβδομάδες έως και μήνες.

Ανιχνεύοντας την αναλαμπή μιας απόμακρης έκρηξης ακτίνων γάμμα δεν είναι τόσο αποθαρρυντική εργασία όσο αυτή μπορεί να εμφανιστεί στην αρχή. Για μια σταθερή πηγή φωτός, όπως ένα κβάζαρ, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση του και όσο πιό μακριά είναι πίσω στον χρόνο το φως που εκπέμφθηκε, τόσο πιό εξασθενημένο εμφανίζεται αυτό το φως. Αλλά η αναλαμπή δεν είναι σταθερή -- είναι φωτεινότερη αμέσως μετά που τελειώνει η έκρηξη. Αυτό αποδεικνύεται πως είναι μια τυχερή τυχαία περίσταση.

Λόγω της διαστολής του σύμπαντος, ένας παρατηρητής πάνω στη Γη βλέπει το φως που εκπέμφθηκε από ένα απόμακρο αντικείμενο που υποχωρεί, σε πιό μακρά μήκη κύματος. Όσο πιό απόμακρο το αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη η μετατόπιση προς το ερυθρό. Επιπλέον, ο ίδιος παρατηρητής βλέπει το χρονικό διάστημα μεταξύ των μακρινών φωτεινών σημάτων σαν να είναι μεγαλύτερο, ως εάν ο χρόνος να είχε επιβραδυνθεί.

Η αναλαμπή από ένα απόμακρο αντικείμενο που εκπέμπει ακτίνες γάμμα, επομένως χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να εξασθενίσει από την αναλαμπή μιας κοντινής έκρηξης, έτσι οι αστρονόμοι έχουν μια καλύτερη πιθανότητα να παρατηρήσουν  την απομακρυσμένη αναλαμπή όταν είναι πιο φωτεινότερη. Για μια εξαιρετικά απόμακρη έκρηξη ακτίνων γάμμα, αυτό το φαινόμενο της χρονικής διαστολής αντιδρά στη μείωση στη φωτεινότητα, που προκύπτει από τη μεγάλη απόσταση της έκρηξης.

Το προσεχές έτος, η NASA προγραμματίζει να προωθήσει ένα Παρατηρητήριο εκρήξεων γάμμα-ακτίνων που θα ονομάζεται Swift και το οποίο θα έχει την ικανότητα να καταγράψει, κατά μέσον όρο, μια έκρηξη ανά ημέρα και να επισημάνει τη θέση τους στον ουρανό Μεταξύ των εκατοντάδων εκρήξεων που θα ανιχνευθούν από τον Swift κάθε έτος, είναι πιθανόν μερικές από αυτές θα έχουν προέλθει από τα αντικείμενα που δημιουργήθηκαν βαθιά στο διάστημα και μακριά πίσω στον χρόνο, λέει ο Loeb λέει.

"Θα ήταν ένα θαυμάσιο πράγμα εάν ήμαστε τόσο τυχεροί που τα πρώτα αστέρια που σχηματίσθηκαν στον κόσμο παρήγαγαν επίσης φωτεινά σημάδια", λέει ο Abel.

Η άλως είναι μια εκτεταμένη και λεπτή σφαιρική περιοχή, που στον Γαλαξία μας έχει διάμετρο 300.000 έτη φωτός. Είναι το πιό παλιό τμήμα του Γαλαξία. Αποτελείται από αέρια νέφη, κυρίως ιονισμένου υδρογόνου, παλαιούς αστέρες και σφαιρικά σμήνη αστέρων. Πολύ πιθανόν να περιέχει και μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης.

Αναφορές:

Brom, V., and A. Loeb. The expected redshift distribution of gamma-ray bursts. Astrophysical Journal Letters. Επίσης στο δίκτυο http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0201400.