Kosmiczny świt: naukowcy mają nadzieję cofnąć się w czasie, aby zobaczyć narodziny gwiazd | astronomia

Często mówi się, że patrzenie przez teleskop jest jak patrzenie wstecz, ponieważ światło z odległych ciał kosmicznych potrzebuje milionów lat, aby dotrzeć do Ziemi. Naukowcy oszacowali teraz, że być może będą w stanie zobaczyć wystarczająco dużo wstecz, aby zaobserwować narodziny pierwszych gwiazd – a pierwsze zdjęcia prawdopodobnie będą dostępne już w przyszłym roku. Ustalili również, kiedy doszło do tego niebezpiecznego wydarzenia.

Obserwacja momentu, w którym wszechświat został po raz pierwszy zalany światłem, kosmiczny świt, jest głównym zadaniem astronomii.

„Wszystkie pierwiastki chemiczne, które tworzą ciebie i mnie, są syntetyzowane w gwiazdach, więc w pewnym sensie kosmiczny świt to nasze narodziny” – powiedział profesor Richard Ellis z University College London, który był zaangażowany w badania. „Świętym Graalem dla astronomów było nie tylko przewidywanie, kiedy to się stanie, ale także obserwowanie tego”.

Uważa się, że Wszechświat rozpoczął się wraz z Wielkim Wybuchem 13,8 miliarda lat temu, ale w pierwszych setkach milionów lat był to ciemna, pozbawiona gwiazd przestrzeń gazowego wodoru skąpana w promieniowaniu, znana jako kosmiczne mikrofalowe tło. Stopniowo obłoki gazowego wodoru zaczęły się gromadzić pod wpływem grawitacji i nagrzewać, osiągając ostatecznie temperatury odpowiadające środkowi Słońca, gdzie mogła nastąpić fuzja jądrowa. Tak narodziły się pierwsze gwiazdy.

Oglądanie wydarzenia na żywo jest poza zasięgiem naszych obecnych teleskopów, ale może to być możliwe po uruchomieniu Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbazaplanowane na listopad. „Spodziewamy się na podstawie naszych pomiarów, że będzie miał wrażliwość, aby być świadkiem tego kosmicznego świtu, być może już w przyszłym roku” – powiedział Ellis.

Jednak aby to osiągnąć, astronomowie muszą najpierw wiedzieć, gdzie szukać. Ellis wraz z międzynarodowym zespołem badaczy wykorzystał zdjęcia z teleskopów Hubble’a i Spitzera do zbadania sześciu najbardziej odległych znanych galaktyk, których światło zajęło nam większość życia wszechświata.

Zrobienie tego oznaczało rozszerzenie możliwości tych teleskopów do ich granic, ale poprzez połączenie tych zdjęć z pomiarami spektroskopowymi z potężnych teleskopów naziemnych – Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Europejskiego Bardzo Dużego Teleskopu w Chile, Gemini South i Keck Dual Telescopes na Hawajach – Obliczyli, że odległość między tymi galaktykami od Ziemi odpowiada czasowi „spojrzenia wstecz” ponad 13 miliardów lat temu, kiedy wszechświat miał zaledwie 550 milionów lat.

Analizując światło gwiazd z tych galaktyk i patrząc na odcisk wodoru, który astronomowie byli w stanie datować gwiazdy, byli również w stanie obliczyć wiek gwiazd w tych galaktykach. „Nasze obserwacje wskazują, że kosmiczny świt wystąpił między 250 a 350 milionami lat po powstaniu Wszechświata, a w czasie ich powstawania, galaktyki takie jak te, które badaliśmy, były na tyle jasne, że można je było zobaczyć za pomocą Kosmiczny Teleskop Jamesa WebbaDr Nicholas Laporte z University of Cambridge, który prowadził badanie, powiedział.

Wyszukiwanie opublikowane w Comiesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego, wskazuje również, że „odtwarzanie” tych pierwszych gwiazd było procesem stopniowym, a nie pojedynczym skoordynowanym rozbłyskiem światła.

„Odkryliśmy, że wiek sześciu galaktyk, którym się przyglądaliśmy, był nieco inny, więc nie wszystkie biegły jednocześnie” – powiedział Ellis. „Teraz z niecierpliwością czekamy na wystrzelenie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Ma on siedmiokrotnie większą moc od Hubble’a w zbieraniu światła i sięga dalej w podczerwień, co ma kluczowe znaczenie dla cofania się w czasie jeszcze dalej”.

Teleskop prowadzony przez NASA jest następcą Obserwatorium Hubble’a, składającego się z obserwatorium podczerwieni, masywnego lustra o szerokości 6,5 metra i tarczy słonecznej w kształcie diamentu. Zakładając, że jego start przebiegnie zgodnie z planem, w ciągu następnej dekady stanie się najważniejszym obserwatorium kosmicznym, obsługującym tysiące astronomów na całym świecie.

Jest to jednak misja wysokiego ryzyka, ponieważ lustro teleskopu i panele słoneczne muszą zostać wystawione w kosmos i wysłane na heliocentryczną orbitę poza Księżyc, co oznacza, że ​​istnieje niewielka szansa na naprawienie tego, jeśli coś pójdzie nie tak. „Nasze serca będą w naszych ustach, gdy James Webb powstanie, ponieważ wszystko musi działać” – powiedział Ellis.

Być może będziemy musieli także złagodzić nasze przewidywania dotyczące tego, jak będzie wyglądał kosmiczny świt, zakładając, że teleskop może go obserwować bezpośrednio. „Gdybyś tam był, biegłoby wiele młodych gwiazd. W ciągu 100 milionów lat biegałoby ich więcej, więc byłoby to dramatyczne wydarzenie” – powiedział Ellis. „Problem polega na tym, że za pomocą teleskopu zobaczysz tylko garstkę rzeczy, które mogą być kandydatami na kosmiczny świt, a potem będziemy musieli przyjrzeć się im szczegółowo i sprawdzić, czy są wolne od ciężkich pierwiastków chemicznych, co byłoby zgodne z gwiazdą pierwszej generacji”.

Filmowo może to być zabezpieczenie przed upadkiem. Ale jako osiągnięcie naukowe może mieć krytyczne znaczenie.