Kozmikus gravitációs lencsékként használt galaxishalmazokkal sem találták meg a csillagok legelső generációját a Hubble-űrtávcső adataiban

 

A NASA/ESA Hubble-űrteleszkóp új eredményei szerint korábban keletkeztek az első csillagok és galaxisok, mint eddig gondoltuk. Az Univerzum 500 millió éves koráig visszatekintett európai csillagászok egy csoportja, de nem találták nyomát a csillagok titokzatos első generációjának, melyeket III. populációs csillagoknak nevezünk.

Művészi elképzelés a korai Univerzumról. (ESA/Hubble, M. Kornmesser, CC BY 4.0)

A legelső galaxisok felkutatása továbbra is a modern csillagászat egyik legnagyobb kihívása. Egyelőre nem tudjuk, mikor, illetve hogyan keletkeztek az Univerzum első csillagai és galaxisai. A Hubble-űrteleszkóp nagy határfényességű (“mélykép”) megfigyeléseivel olyan objektumokat is megpillanthatunk, melyek fénye még a körülbelül 500 millió éves Univerzum idejéből származik. Az új eredmények a kutatócsoport 2019-ben publikált tanulmányára építenek és a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) nemzetközi tudományos folyóiratban fognak megjelenni.

A Rachana Bhatawdekar (ESA) vezette európai kutatócsoport a Világegyetem legelső csillagait, a III. populáció csillagait kutatja, melyek az Ősrobbanás utáni ősi anyagból alakultak ki. Ezek a feltételezett égitestek hidrogénből, héliumból és kis mennyiségben lítiumból állhattak, hiszen a csillagokban zajló, nehezebb elemeket (például oxigént, nitrogént, szenet és vasat) előállító magfúziós folyamatok megindulása előtt csak ezek léteztek. A csillagászati konvenciók szerinta Naphoz hasonló, nehezebb elemekben dúsabb csillagokat tekintjük az I. populációnak, míg az alacsonyabb fémtartalmú, idősebb, többnyire a Tejútrendszer halójában, illetve a gömbhalmazokban található csillagokat a II. populációnak.

Bhatawdekar és társai a MACS J0416 jelű galaxishalmazban és környezetében vizsgálták az Univerzum körülbelül 500 millió és 1 milliárd éves kora közti időszakot, a Hubble mellett Spitzer-űrteleszkóppal és az Európai Déli Obszervatórium (ESO) földi bázisú Very Large Telescope-jával felvett adatok alapján. Az Univerzum tágulása miatt a távoli galaxisok fénye az ultraibolya és látható tartományból az elektromágneses spektrum infravörös részébe tolódik el. Mivel ebben a kozmikus időintervallumban nem találták az első generációs, III. populációs csillagok jeleit, arra következtethetünk, hogy a galaxisoknak még korábban kellett kialakulniuk, mint eddig gondoltuk.

A Hubble Frontier Fields programban megfigyelt MACS J0416 jelű galaxishalmazról készített Hubble-felvétel, melyen megfigyelhető a gravitációs lencsézés is. (NASA, ESA, M. Montes (University of New South Wales, Sydney, Australia)

Az eredményeket a Hubble-űrteleszkóp Wide Field Camera 3 (infravörös tartomány) és Advanced Camera for Surveys (optikai tartomány) eszközeivel, a Hubble Frontier Fields program keretein belül érték el. A programban 2012 és 2017 között hat távoli galaxishalmazt figyeltek meg, ezzel pedig a galaxishalmazokról és mögöttük található galaxisokról valaha készített legnagyobb határfényességű megfigyeléseket hajtották végre. A halmazok mögötti galaxisok a gravitációs lencsézésnek köszönhetően váltak megfigyelhetővé, így a korábban látottaknál tízszer, százszor halványabb galaxisokról is készülhettek mérések. Az előtérben található galaxishalmazok tömegei elég nagyok ahhoz, hogy a tőlünk nézve mögöttük levő, távolabbi galaxisok képét lefókuszálják és felnagyítsák, így a Hubble is egyfajta kozmikus nagyítóként használta őket arra, hogy az egyébként érzékenységi határán kívül eső, halvány objektumokat is megfigyelje.

Bhatawdekar és csapatának újítása egy olyan technológia, mellyel kiszűrik a gravitációs lencseként működő előtér galaxisok fényét. Így jóval kisebb tömegű galaxisokat js meg tudtak figyelni, mint arra korábban a Hubble-űrtávcsővel képesek voltak, olyan távolságban, ahol az Univerzum már 1 milliárd évesnél is fiatalabb volt. A kozmikus időnek ezen pontjáról hiányzó egzotikus csillagpopulációk, valamint a számos kistömegű galaxis felfedezése alátámasztja azt az elméletet is, miszerint a korai Univerzumot kitöltő semleges hidrogénfelhők reionizációjáért a korai, kistömegű galaxisok a felelősek. A reionizáció a fiatal Univerzum azon időszaka, mikor a semleges intergalaktikus gázt az első csillagok és galaxisok ionizálták, aminek köszönhetően sokkal átlátszóbbá vált a tér.

Az első csillagok és galaxisok kialakulása tehát úgy tűnik, jóval korábban ment végbe, mint ameddig a Hubble ellát, még akkor is, ha előtérgalaxisokat használunk kozmikus nagyítókként. Ez még izgalmasabbá teszi a várva várt James Webb-űrteleszkóp jövőbeli kutatásait, hiszen a HST-nél jelentősen nagyobb fénygyűjtőképességű és infravörös tartományban működő új eszköz pontosan a legkorábbi csillag- és galaxisgenerációk fényére lesz érzékeny.

Forrás: csillagászat.hu

ESA