גיבוש הכוכבים המוקדמים מציג תעלומה קוסמית חדשה

תצפיות חדשות מצביעות על כך שכוכבים החלו להיווצר רק 250 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול, שובר שיאים שכנראה יפתח קו חדש לחקירה קוסמולוגית.

אסטרונומים הציצו אחורה אל הזמן מציעים כי העידנים האפלים הקוסמיים לפני שהיקום אירח את ים האורות המנצנצים שלו אולי נמשך לא יותר מ- 250 מיליון שנה. הצוות הציג את תוצאותיו בכתב העת הטבע היום.

טאקויה האשימוטו (אוניברסיטת אוסאקה סאנגיו, יפן) ועמיתיו השתמשו במערך אטקמה גדול מילימטר / תת-מטר (ALMA) כדי להציץ לגלקסיה שאורה נפלט 550 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול, כשהם מציגים אות מבוקש: חמצן. זו הגלקסיה הרחוקה ביותר שעבורה הצליחו האסטרונומים לאתר אלמנטים בודדים ולאותו אלמנט יחיד יש סיפור גדול לספר.

צבר הגלקסיה MACS J1149.5 + 2223 כולל בתמונה זו צולם עם טלסקופ החלל האבל. הכניסה מראה את השקפתו של ALMA על חמצן (ירוק) בגלקסיה MACS1149-JD1, שאורו נסע 13.28 מיליארד שנות אור לכדור הארץ.
הערכה: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Hashimoto et al .; רקע: טלסקופ החלל האבל NASA / ESA / W. Zheng (JHU) / M. Postman (STScI) / צוות CLASH

מכיוון שרק מימן, הליום וקצת ליתיום הגיחו מהמפץ הגדול, היקום הצעיר היה בתולי. רק בדור הכוכבים הראשון שהתפוצץ, נושם פחמן, חמצן ואלמנטים כבדים אחרים לקוסמוס, גדל מלאי היסודות של היקום. אז גילוי החמצן 550 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול מרמז כי דור של כוכבים כבר התגבש ומת ברגע זה.

האשימוטו ועמיתיו מעריכים כי דור הכוכבים הראשון היה מתגבש 250 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול - אף על פי שמדידות פלאנק ברקע המיקרוגל הקוסמי מצביעות על היווצרות הכוכבים בתקופה זו. עם זאת, התוצאות תואמות תוצאה מהוססת מהניסוי EDGES, שמצא אות מכוכבים שנוצרו 180 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדול. התוצאה של EDGES עדיין ממתינה לאישור מקבוצות אחרות שביצעו ניסויים דומים.

מזה עשרות שנים צוותי מדענים מרוצים למצוא את חתימות הכוכבים הראשונים - וזה יותר מסקרנות קוסמית. "יש אופטימיות מחודשת שאנו מתקרבים יותר ויותר לחזות ישירות בהולדת אור הכוכבים", אומר חבר השותף ריצ'רד אליס (אוניברסיטת קולג 'בלונדון) בהודעה לעיתונות. "מכיוון שכולנו עשויים מחומר כוכבים מעובד, זה באמת למצוא את המקורות שלנו."

התחלה מפוצצת

מה שכן, הצוות השתמש גם בנתוני אינפרא אדום שצולמו עם טלסקופ החלל האבל וטלסקופ החלל שפיצר כדי לאסוף את מספר הכוכבים בגלקסיה. בדרך כלל, גלקסיות מהוות מספר קטן של כוכבים בעלי מסה גבוהה ומספר גדול של כוכבים בעלי מסה נמוכה. הכוכבים בעלי המונים הגבוהים מתים ראשונים, מתפוצצים כסופרנובות כמה מיליוני שנים לאחר התהוותם. אולם הכוכבים הנמוכים ביותר במסה יכולים לשרוד טריליוני שנים - הרבה יותר מגיל היקום.

אולם האשימוטו ועמיתיו ראו שהגלקסיה מכילה אפילו מעט פחות כוכבים בעלי המונים הגבוהים מהצפוי - כלומר, היווצרות הכוכבים החלה חזק, התכווצה ואז התחילה להרכיב כוכבים שוב. זה ההפך מהתחזיות מסימולציות של היקום המוקדם. קצב היווצרות הכוכבים היה צפוי לעלות עם הזמן בתקופות המוקדמות הללו, ולהתחיל לאט ואז לצמוח אקספוננציאלית - לפחות עבור גלקסיות בעלות מסה גבוהה כמו הצוות של האשימוטו.

"זה אולי אומר שאנו לא ממש מבינים את הדור הראשון של הגלקסיות מספיק טוב", אומר השותף אריק זקריסון (אוניברסיטת אופסלה, שבדיה). "יכול להיות שיש מרכיב שחסר מההדמיות."

גילוי המרכיב החסר זו המטרה של עבודה עתידית, אך לזקריסון יש כמה רעיונות. יכול להיות שדור הכוכבים הראשון ייצר סופרנובות חזקות בהרבה מכפי שחושבים התיאורטיקנים. או שאולי הגלקסיה הספציפית הזו מארחת חור שחור-מסביבי רעבני. שניהם ישחררו רוחות עוצמתיות שידחפו את הגז מהגלקסיה ודיכאו את היווצרות הכוכבים.

Rychard Bouwens (אוניברסיטת ליידן, הולנד), שלא היה מעורב במחקר, טוען כי מסקנות העיתון אמינות ועם זאת אינן ודאיות רק מכיוון שהצוות מציץ כל כך הרבה חזרה לתולדות היקום. "זה תמיד ככה כשאתה נמצא בחוד החנית", הוא אומר. "יכול להיות שזה מספק לנו רמזים חשובים למה שקרה בתקופות מאוד מוקדמות ביקום, אבל אנחנו לא יכולים להיות בטוחים עד שנבחן עוד חפצים."

גם Bouwens וגם Zackrisson מתרגשים לקראת השקת 2020 של טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שיצליח לצלם ישירות גלקסיות בזמנים מוקדמים אלה. לא רק זה, אלא ש- Webb צפוי לדמות מאות אם לא אלפי גלקסיות צעירות אלה. ככזה, Bouwens משווה את התצפיות הנוכחיות לעמידה על אוניה עטופה בערפל סמיך. למרות שאולי תוכלו לראות את קווי המתאר מעורפלים של מגדלור עם האבל או שפיצר, טלסקופ החלל ג'יימס ווב יפעל כמו קרני אור שמש - יאלץ את הערפל להתבהר ויאפשר לנו לראות את המגדלור בבירור, כמו גם את החוף הסלעי. מאחורי זה.

התייחסות:

T. Hashimoto et al. "תחילת היווצרות הכוכבים 250 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול." טבע, 2018 17 במאי.