Φάνηκαν τα πρώτα άστρα σε μακρινούς γαλαξίες

Πηγή: ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 8 Απριλίου 2005

Ομάδα αστρονόμων του πανεπιστημίου του Exeter στη Bρετανία, με επικεφαλής τον Andrew Bunker, χρησιμοποίησε το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA, για να δουν το φως από τα πρώτα αστέρια που έλαμψαν στο Σύμπαν, περίπου 700 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Η ανακάλυψη των αρχαίων άστρων έχει ιδιαίτερη σημασία και προκαλεί αναστάτωση στους θεωρητικούς, αφού καταδεικνύει ότι τα πρώτα αστέρια γεννήθηκαν αρκετά νωρίτερα απ' ότι πίστευαν μέχρι τώρα οι επιστήμονες.

Οι εικόνες των αστεριών που ανακάλυψαν οι αστρονόμοι προέρχονται από τόσο μακρινούς γαλαξίες, που το φως τους έχει χρειαστεί, περίπου, 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός για να φτάσει σε εμάς. Και αυτές δείχνουν ότι αυτοί οι πρόωροι γαλαξίες ήταν εκπληκτικά μεγάλοι, με μάζα μεγαλύτερη κατά ένα τέταρτο από τη μάζα των γαλαξιών που αναπτύχθηκαν αργότερα, όπως ο γαλαξίας που κατοικούμε. Η θεωρία που έχουμε σήμερα είναι ότι οι γαλαξίες ξεκινούν από μικρό και αυξάνονται με τη σύγκρουση και τη συγχώνευση με άλλους γαλαξίες," είπε ο Δρ Mark Lacy (από την ομάδα του Spitzer).

Η ομάδα του πανεπιστημίου του Exeter είδε την ακτινοβολία από δύο από τους πιο απόμακρους γαλαξίες που είχαν εντοπιστεί στον αστερισμό Fornax στο νότιο τμήμα του ουρανού.

Σύμφωνα με τον Richard Ellis του Caltechυς, ο γρίφος που προκύπτει από αυτή την ανακάλυψη είναι ότι οι γαλαξίες στους οποίους εντοπίστηκαν τα αστέρια φαίνονται να είναι ήδη αρκετά παλιοί, όταν το Σύμπαν είχε μόνο το 5% της τρέχουσας ηλικίας του!

Λαμβάνοντας υπόψη την κατ' εκτίμηση ηλικία του Σύμπαντος, που υπολογίζεται σε 13,7 δισεκατομμύρια έτη, οι επιστήμονες συμπέραναν ότι τα αρχαία αστέρια, που πήραμε τις εικόνες τους, είναι περίπου 300 εκατομμυρίων ετών. Αυτό σημαίνει ότι γεννήθηκαν όταν το Σύμπαν ήταν 700 εκατομμυρίων ετών μόνο. Αυτό σημαίνει ότι ο σχηματισμός των αστεριών πρέπει να είχε ξεκινήσει πολύ νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος - πολύ νωρίτερα από ό,τι προηγουμένως θεωρούσαμε.

Ή είναι πιθανό τα αστέρια που εντόπισε το Spitzer να είναι από τους πρώτους πληθυσμούς που δημιουργήθηκαν κατά το τέλος της Σκοτεινής Εποχής ή του Κοσμικού Μεσαίωνα. Έτσι, το φως αυτών των πρώτων άστρων πιθανόν να τερμάτισε τον Κοσμικό Μεσαίωνα (Dark Age). Είναι, επίσης, πιθανό το αέριο μεταξύ των γαλαξιών να αναγκάστηκε να 'φωτοβολήσει' λόγω της ακτινοβολίας των πρώτων άστρων, ο λεγόμενος "επαναιονισμός" (ένα φαινόμενο όπου τα ηλεκτρόνια ενώθηκαν με τα πρωτόνια ώστε να σχηματιστούν τα πρώτα άτομα υδρογόνου στο σύμπαν), που έχει ανιχνευθεί στο Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων από το δορυφόρο WMAP.

Η ομάδα χρησιμοποίησε στοιχεία του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble (από το τμήμα του ουρανού που λέγεται Εξαιρετικά Βαθύ Πεδίο Hubble) για να προσδιορίσει τους μακρινούς γαλαξίες, που θα ήταν κατάλληλοι για την μελέτη (σε απόσταση ίσης με το 95% της απόστασης του συνολικού αισθητού κόσμου). Και ακολούθως ανέλυσαν παλιές εικόνες που είχαν ληφθεί στα υπέρυθρα μήκη κύματος με το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer της NASA. Επειδή τα νέφη των διαστρικών αερίων απορροφούν το ορατό φως αυτών των άστρων, μέχρι να έλθει στη Γη, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το υπέρυθρο φάσμα της ακτινοβολίας που δεν απορροφώνται. Με αυτό τον τρόπο μπορούμε να δούμε τις εξασθενημένες ακτίνες από τα μακρινά αντικείμενα.

Τα υπέρυθρα "χρώματά τους" οδήγησαν τους ερευνητές να καταλάβουν ότι τα άστρα βρίσκονται σε τόσο μεγάλες αποστάσεις. Η επιβεβαίωση της ακραίας απόστασής τους τους δόθηκε από τα τηλεσκόπια Keck των 10 μέτρων στη Χαβάη, τα μεγαλύτερα οπτικά τηλεσκόπια στον κόσμο. Η Elizabeth Stanway από το πανεπιστήμιο του Wisconsin στο Μάντισον, είπε ότι τα φάσματα από το Keck έδειξαν ότι οι γαλαξίες έχουν ερυθρή μετατόπιση z περίπου 6, που σημαίνει ότι τι το φως τους χρειάστηκε, περίπου, 13 δισεκατομμύρια έτη για να φθάσει σε μας.

"Οι εικόνες από το Hubble μας λένε για τα νεογέννητα αστέρια, αλλά οι νέες υπέρυθρες εικόνες που πάρθηκαν με το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer μας δίνουν επιπλέον πληροφορίες για το φως που προέρχεται από τα παλαιότερα αστέρια μέσα σε αυτούς τους απόμακρους γαλαξίες", λέει ο Laurence Eyles, ο οποίος μελέτησε τις εικόνες Spitzer αυτών των αντικειμένων ως τμήμα της έρευνάς του για το διδακτορικό του στο Έξετερ.

Νέα δεδομένα

Η εποχή αυτή αναφέρεται στην περίοδο της κοσμικής ιστορίας κατά την οποία διαμορφώθηκαν τα άτομα του υδρογόνου και του ηλίου, που όμως δεν είχαν ακόμη τη δυνατότητα να συμπυκνωθούν και να αρχίσει η πυρηνική σύντηξη των υδρογόνων μέσα στα αστέρια. Κανείς δεν γνωρίζει με ακρίβεια πόσο διήρκεσε αυτή η περίοδος και η λεπτομερής μελέτη των κοσμικών πηγών που έθεσαν τέλος σ' αυτή την περίοδο αποτελεί πλέον το επόμενο αντικείμενο της επιστημονικής έρευνας.

Τα αποτελέσματα από το δορυφόρο WMAP και την έρευνα από το Εξαιρετικά Βαθύ Πεδίο Hubble (Hubble Ultra Deep Field), συμπληρώνουν τη νέα εργασία που έγινε από την ομάδα του Bunker με τα στοιχεία του Spitzer. Όλα τα δεδομένα συνηγορούν ότι ο Κοσμικός Μεσαίωνας τελείωσε, κάποτε, μεταξύ 200 και 500 εκατομμυρίων ετών μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν γεννήθηκαν και τα πρώτα αστέρια.

Οι αστροφυσικοί αναζητούν εδώ και πολύ καιρό το χρονικό σημείο που τελείωσε ο Κοσμικός Μεσαίωνας, το χρονικό διάστημα από τη Μεγάλη Έκρηξη ως την εποχή που γεννήθηκε το πρώτο άστρο, μια εποχή που επικρατούσε απόλυτο σκοτάδι. Καθώς το Big Bang υπολογίζεται ότι συνέβη πριν 13,7 δισ. χρόνια και καθώς ο γαλαξίας της Κάμινου είναι 13 δισ. ετών, αυτό σημαίνει ότι τα πρώτα άστρα θα δημιουργήθηκαν μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν. Άρα φτάνουμε 13,2 ή 13,5 δισ. χρόνια πριν, για τη γέννηση των πρώτων άστρων.

Βρετανοί και Αυστραλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι πολύ γρήγορα θα δώσουν μια ακριβή χρονολογία για τη γέννηση των πρώτων άστρων, όταν ετοιμαστεί ένα νέο υπερσύγχρονο όργανο με το οποίο θα μπορέσουν να εντοπίσουν αυτά τα άστρα (αν υπάρχουν ακόμα). Το όργανο αυτό ονομάζεται Dazzle και θα τοποθετηθεί στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT), που βρίσκεται στη Χιλή. Οι βρετανοί ερευνητές, που δουλεύουν στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, ευελπιστούν να δουν με αυτό το όργανο αρχαία άστρα τουλάχιστον 12 δισ. ετών.

Το ευαίσθητο διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer, που προωθήθηκε το 2003, είναι το πρώτο που επιτρέπει την ανάλυση της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τόσο μακρινά αντικείμενα. Ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του Lyman Spitzer, ενός από τους πιο σπουδαίους επιστήμονες του εικοστού αιώνα που στα μέσα της δεκαετίας του '40 ήταν αυτός που πρότεινε πρώτος να πετάξουν τηλεσκόπια στο διάστημα. Πρόκειται για έναν από τους θεμελιωτές της σύγχρονης δορυφορικής αστρονομίας και σπουδαίο ερευνητή της μεσοαστρικής ύλης. Η μελέτη της μεσοαστρικής ύλης βασίζεται σε παρατηρήσεις στο υπέρυθρο. Η εγκατάσταση υπέρυθρων ανιχνευτών σε δορυφόρους και όχι σε επίγεια παρατηρητήρια, θεωρείται επιβεβλημένη δεδομένου ότι τα αέρια της γήινης ατμόσφαιρας απορροφούν πλήρως την υπέρυθρη ακτινοβολία.

Η ανακοίνωση αυτή έγινε στην Εθνική Συνεδρίαση της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας RAS στο Μπέρμιγχαμ

Οι βαθύτερες στον χρόνο και χώρο όψεις του σύμπαντος, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, δίνουν ενδείξεις πως τα πρώτα -πρώτα αστέρια μπορεί να είχαν εκραγεί στο σύμπαν, τόσο έξοχα και θεαματικά όπως και τα πυροτεχνήματα στο τέλος των εκδηλώσεων.  Οι μελέτες εικόνων από πολύ βαθιά στον ουρανό από το Hubble, οδηγούν στο προκαταρκτικό συμπέρασμα ότι το σύμπαν δημιούργησε μια σημαντική μερίδα των άστρων του, με μια χειμαρρώδη θύελλα γέννησης νέων αστεριών, η οποία φώτισε απότομα τους κατάμαυρους μέχρι τότε ουρανούς, ακριβώς μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια έτη μετά από τη "Μεγάλη Έκρηξη," την τεράστια έκρηξη που δημιούργησε τον Κόσμο. Αν και τα αστέρια συνεχίζουν να γεννιούνται ακόμη και σήμερα στους γαλαξίες, ο ρυθμός γέννησης των σημερινών άστρων θα μπορούσε να είναι πολύ μικρός έναντι του τότε εκρηκτικού ρυθμού γεννήσεων των αστεριών, σε εκείνα τα πρώτα-πρώτα χρόνια του Σύμπαντος.