Ένα γιγαντιαίο νέφος μονοξειδίου του άνθρακα σηματοδοτεί την πρώτη δημιουργία των άστρων

Από σελίδα του PhysicsWeb, 23 Ιουλίου 2003

Οι αστρονόμοι έχουν βρει στοιχεία για το σχηματισμό άστρων στο πιο παλιό αντικείμενο που γνωρίζουμε στο Σύμπαν. Ο Fabian Walter του Εθνικού Ραδιο- παρατηρητήριου Αστρονομίας στις ΗΠΑ και  συνάδελφοι του στη Γαλλία, τη Γερμανία και τις ΗΠΑ ανίχνευσαν την αποκαλυπτική φασματική υπογραφή του μονοξειδίου του άνθρακα, στις υπέρυθρες εκπομπές του κβάζαρ J1148+5251. Η ανακάλυψη αυτή υποδεικνύει ότι ο σχηματισμός των αστεριών ήταν ήδη εν εξελίξει ακριβώς 800 εκατομμύρια χρόνια μετά από το Big Bang (F Walter et al 2003 Nature 424 406).

Οι αστρονόμοι λένε ότι τα ίχνη αυτού του αερίου αποδεικνύουν ότι ο σχηματισμός των άστρων άρχισε εκπληκτικά γρήγορα στο νέο Σύμπαν.

Τα αστέρια γεννιούνται όταν πυκνά νέφη του μοριακού αερίου υδρογόνων συμπιέζονται βίαια  κάτω από την επίδραση της βαρύτητάς τους. Καθώς όλο και περισσότερο αέριο πιέζεται προς τα μέσα, αυτή η πίεση ενισχύει και προκαλεί τελικά την πυρηνοσύνθεση, τη διαδικασία που δημιουργεί όλα τα βαρύτερα στοιχεία. Στα τέλη της ζωής τους, πολλά αστέρια εκρήγνυνται σε υπερκαινοφανείς, που εκτινάσσουν τα βαριά στοιχεία στο διάστημα.

Αρχές του 2003, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι το κβάζαρ J1148+5251 είναι το πιο μακρινό αντικείμενο - και επομένως το παλαιότερο - που έχουμε ποτέ δει και παρουσιάζει μία μετατόπιση προς το ερυθρό (redshift) 6.42. Το φως του χρειάστηκε 12.8 δισεκατομμύρια χρόνια για να φθάσει στη Γη. Με άλλα λόγια, οι αστρονόμοι βλέπουν το γαλαξία όπως ήταν πριν 12.8 δισεκατομμύρια χρόνια, άρα μόνο 870 εκατομμύρια χρόνια αφότου το Σύμπαν γεννήθηκε με την Μεγάλη Έκρηξη.

Τα μόνα στοιχεία που δημιουργήθηκαν όταν έγινε η Μεγάλη Έκρηξη ήταν το υδρογόνα και το ήλιο. Μετά άρχισαν να σχηματίζονται οι γαλαξίες των αστεριών. Οι πυρηνικές συντήξεις του υδρογόνου και του ήλιου στα αστέρια δημιούργησαν τα βαρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας, το άζωτο και το οξυγόνο.

Για αυτό, για να είναι παρόν το μονοξείδιο του άνθρακα τόσο νωρίς στο Σύμπαν, έπρεπε να είχε παραχθεί τουλάχιστον μια γενιά των άστρων και να σβήσει με εκρήξεις, οι οποίες 'ρύπαναν' με βαριά στοιχεία το διάστημα.

Οι αστρονόμοι υπολογίζουν ότι τα αστέρια θα είχαν αρχίσει το σχηματισμό τους περίπου 650 εκατομμύρια χρόνια μετά από το Big Bang και αφού έζησαν περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια, με έκρηξη σκόρπισαν τα βαριά στοιχεία. Ο άνθρακας και το οξυγόνο όταν θα ψύχθηκαν αρκετά θα μπορούσαν τότε να ενωθούν για να φτιάξουν το μονοξείδιο του άνθρακα.

Ο Walter και οι συνάδελφοι του χρησιμοποίησαν το Πολύ Μεγάλο Δίκτυο Τηλεσκοπίων στο Νέο Μεξικό για να παρατηρήσουν το γαλαξία γύρω από το κβάζαρ J1148+5251. Είναι δύσκολο να ανιχνευθούν μόρια υδρογόνου άμεσα, αλλά οι προηγούμενες μελέτες έχουν συνδέσει έντονα το μονοξείδιο του άνθρακα με τις περιοχές του σχηματισμού των αστεριών. Κι αυτό ισχύει επειδή τα ατομικά υδρογόνα που σχηματίστηκαν μετά από το Big Bang πρέπει να ψυχθεί προκειμένου να σχηματιστούν τα μοριακά υδρογόνα, και η παρουσία του μονοξειδίου του άνθρακα επιτρέπει σε αυτήν την θερμότητα να ακτινοβολήσουν μακριά.

Οι παρατηρήσεις προτείνουν επίσης ότι το κβάζαρ περιέχει μια τεράστια ποσότητα ψυχρών μορίων υδρογόνου, 20 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ήλιου. Αυτό λοιπόν το κβάζαρ θα παρείχε άφθονα πρωτογενή υλικά για την δημιουργία πολλών άστρων.

Η παρουσία του μονοξειδίου του άνθρακα δείχνει ότι ήδη είχαν σχηματιστεί και πεθάνει τα πρώτα άστρα, γιατί έτσι μονάχα σχηματίστηκαν ο άνθρακας και το οξυγόνο με τις εκρήξεις όπως γίνεται στους υπερκαινοφανείς.

Ο πιο απόμακρος γνωστός γαλαξίας στον κόσμο, που είναι ο κβάζαρ J1148+5251, περιέχει μια μαύρη τρύπα τουλάχιστον 1 δισεκατομμύριο φορές βαρύτερη από τον ήλιο. Ο κβάζαρ λάμπει τόσο φωτεινά επειδή το υλικό που σύρεται προς το εσωτερικό του από το ισχυρό πεδίο βαρύτητας της μαύρης τρύπας θερμαίνεται σε τεράστιες θερμοκρασίες.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της ομάδας, τα αστέρια στον αρχαίο γαλαξία μπορούν να έχουν σχηματιστεί με ένα ρυθμό 3000 ηλιακές μάζες ανά έτος. Οι ερευνητές επισήμαναν επίσης τις φασματικές υπογραφές των βαριών μετάλλων στις υπέρυθρες εκπομπές, κάτι που προτείνει ότι τουλάχιστον ένας κύκλος της αστρικής εξέλιξης πρέπει να έχει πραγματοποιηθεί πριν από αυτό το παλιό στάδιο.

Οι αστρονόμοι ελπίζουν ότι η επόμενη γενιά των ραδιο-τηλεσκοπίων εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης, όπως είναι η Μεγάλη Σειρά Atacama, θα επιτρέψει σε αυτούς να ψάξουν στον ουρανό για αντικείμενα που έχουν δημιουργηθεί ακόμα πιο πίσω στον χρόνο, για να βρουν πότε ακριβώς άρχισε ο σχηματισμός των αστεριών.