Βρίσκοντας τα πρώτα άστρα

Πηγή: CfA Newse, 22 Σεπτεμβρίου 2005

Για να υπάρχουν τα στοιχεία που παρατηρούμε στο Σύμπαν, οι κοσμολόγοι θεωρούν ότι πρέπει να υπάρχουν αρκετές γενεές άστρων, που να δημιουργούν ολοένα και βαρύτερα στοιχεία. Αλλά με τι έμοιαζε η πρώτη γενεά των άστρων; Ήταν πιθανώς τεράστια, ζυγίζοντας 50-500 φορές τη μάζα του ήλιου. Έζησαν γρήγορα και έπειτα πέθαναν με τεράστιες υπερκαινοφανείς (σουπερνόβες) εκρήξεις, που έσπειραν στο περιβάλλον διάστημα τα βαρύτερα στοιχεία και τα οποία σφυρηλατήθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της έκρηξης. Θα μπορούσαν ακόμη και να είναι πηγή εκρήξεων ακτίνων γάμμα, οι οποίες είναι οι ισχυρότερες γνωστές εκρήξεις στον Κόσμο.

Η εικόνα είναι αναπαράσταση με τη βοήθεια υπολογιστών των πρώτων άστρων του σύμπαντος.

Πώς έζησαν και πέθαναν λοιπόν τα πρώτα άστρα; Οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν θεωρίες, αλλά καμία απόδειξη. Τα πρώτα άστρα είναι τόσο απόμακρα και έχουν διαμορφωθεί τόσο πολύ καιρό πριν, που είναι αόρατα και με τα καλύτερα τηλεσκόπιά μας.

Έως ότου εκραγούν. Οι Υπερνόβες (ο ισχυρότερος ξάδελφος των σουπερνοβών) και οι συνδεδεμένες με αυτές εκρήξεις ακτίνων γάμμα προσφέρουν στους αστρονόμους την δυνατότητα να ανιχνεύσουν το φως από τις πρώτες γενεές των αστεριών.

Ο δορυφόρος Swift της NASA ήδη έχει δει εκρήξεις ακτίνων γάμμα (GRB) με μία μετατόπιση προς το ερυθρό (redshift) 6.29, που σημαίνει ότι το αστέρι που τις γέννησε εξερράγη περίπου 13 δισεκατομμύρια έτη πριν, όταν ο Κόσμος ήταν κάτι λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο ετών. Οι θεωρητικοί Volker Bromm (πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν) και Avi Loeb (στο Κέντρο για την αστροφυσική του Χάρβαρντ) προβλέπουν ότι το Swift  το ένα δέκατο των εκρήξεων που θα επισημάνει κατά τη διάρκεια της ζωής του θα προέλθει από αστέρια με ένα redshift μεγαλύτερο του 5. Αυτά τα άστρα έζησαν και πέθαναν κατά τη διάρκεια των πρώτων δισεκατομμυρίων ετών του Σύμπαντος.

"Οι περισσότερες από αυτές  τις πηγές GRB θα προέλθουν από τη δεύτερη γενεά ή ακόμα πιο πρόσφατα αστέρια", αναφέρει ο Loeb. "Αλλά εάν φανούμε τυχεροί, το Swift  μπορεί ακόμη και να ανιχνεύσει μια έκρηξη από τα πρώτα -πρώτα αστέρια που σχηματίστηκαν - ένα αστέρι φτιαγμένο μόνο από υδρογόνο και ήλιο."

Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι τέτοια αστέρια, που ονομάζονται Πληθυσμού ΙΙΙ για ιστορικούς λόγους, θα ζύγιζαν 50-500 φορές περισσότερο απ' ό,τι ο ήλιος. Ένας Πληθυσμός άστρων τύπου ΙΙΙ θα είχε εξαντλήσει τα πυρηνικά καύσιμά του γρηγορότερα από ό,τι ένα SUV, πεθαίνοντας γρήγορα και κατά τρόπο εκρηκτικό.

"Νομίζουμε ότι η πρόσφατη πηγή GRB δεν ήταν άστρο Πληθυσμού ΙΙΙ. Εντούτοις, η μετατόπιση του προς το ερυθρό είναι αρκετά υψηλή και το κάνει πολύ ενδιαφέρον", τονίζει ο Bromm.

Μια ερώτηση κλειδί που εξετάζεται από τους Bromm και Loeb είναι εάν άστρο τύπου ΙΙΙ θα μπορούσε να έχει δώσει μια έκρηξη ακτίνων γάμμα GRB -- μια τόσο μεγάλη έκρηξη που να μπορούσε να φανεί από μια απόσταση μεγαλύτερη από 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Η απάντηση τους είναι κάτω από κατάλληλες συνθήκες ναι. Τα άστρα πληθυσμού τύπου ΙΙΙ ήταν αρκετά μεγάλα ώστε να εκραγούν βίαια, αφήνοντας πίσω τους μια μαύρη τρύπα στις περισσότερες περιπτώσεις. Εντούτοις, ένας πληθυσμός άστρων ΙΙΙ πιθανώς να έπρεπε να ήταν μέρος ενός στενού δυαδικού συστήματος για να παραγάγει GRB.

Γιατί σε ένα στενό δυαδικό σύστημα το ένα άστρο θα μπορούσε να γδύσει τα εξωτερικά στρώματα ενός υπό κατάρρευση άστρου τύπου ΙΙΙ, αφήνοντας το με λιγότερο υλικό για να εμποδίσει τους εκρηκτικούς θανάσιμους σπασμούς του αστεριού. Οι πίδακες του υλικού που δημιουργούνται από τη νεογέννητη μαύρη τρύπα επομένως θα μπορούσαν να βρουν πιο εύκολη διέξοδο, κάτι που κάνει πιο εύκολη την ανίχνευση μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα σε όλο το Σύμπαν.

Περίπου τα μισά από όλα τα κοντινά μας αστέρια είναι μέλη δυαδικών ή περισσότερων συστημάτων αστεριών. Η συχνότητα των δυαδικών, ιδιαίτερα τα στενά δυαδικά, μεταξύ του Πληθυσμού άστρων τύπου ΙΙΙ παραμένει άγνωστη.

Εάν τα συστήματα των δυαδικών αστεριών είναι κοινά μεταξύ του Πληθυσμού άστρων ΙΙΙ, τότε η υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό των GRB θα μπορούσε να μας προσφέρει μια ιδανική ευκαιρία να μελετήσουμε την πρώτη γενεά των αστεριών.

"Και σε αυτή την περίπτωση το Swift θα είναι το πρώτο παρατηρητήριο που θα εξετάσει τον σχηματισμό των αστεριών πληθυσμού ΙΙΙ  με υψηλό redshifts", καταλήγει ο Loeb.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Astrophysical Journal.