Najnowsze wyniki obserwacji prowadzonych za pomocą Kosmicznego Teleaskopu Hubble’a wskazują, że proces formowania pierwszych gwiazd i galaktyk we wczesnym wszechświecie miał miejsce wcześniej niż nam się dotychczas wydawało. Europejski zespół astronomów nie odkrył żadnych śladów gwiazd pierwszej generacji, tzw. gwiazd III populacji, nawet 500 mln lat po Wielkim Wybuchu.
Badanie pierwszych galaktyk pozostaje znaczącym wyzwaniem dla współczesnej astronomii. Nie wiemy jak na razie kiedy i w jaki sposób powstawały pierwsze gwiazdy i galaktyki we wszechświecie. Astronomowie próbują odpowiedzieć na to pytanie wykonując zdjęcia głębokiego kosmosu za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Hubble pozwala naukowcom dostrzec kosmos takim jakim był gdy wszechświat miał zaledwie 500 mln lat.
Zespół europejskich badaczy, kierowany przez Rachanę Bhatawdekar z Europejskiej Agencji Kosmicznej postanowił zbadać pierwsze pokolenie gwiazd istniejące we wczesnym Wszechświecie. Takie gwiazdy musiały powstać z pierwotnej materii powstałej w Wielkim Wybuchu. Gwiazdy III populacji musiały składac sie z wodoru, helu i litu, jedynych pierwiastków jakie istniały zanim doszło do pierwszych procesów powstawania nowych pierwiastków w jądrach pierwszych gwiazd. To w pierwszzych gwiazdach powstawały pierwsze atomy tlenu, azotu, węgla czy żelaza.
Bhatawdekar wraz ze swoim zespołem zbadała wczesny wszechświat istniejący w czasach od 500 mln do 1 mld lat po Wielkim Wybuchu, analizując gromadę MACSJ0416 za pomocą Hubble’a i przy pomocy danych z Kosmicznego Teleskopu Spitzer oraz naziemnego Bardzo Dużego Teleskopu.
Nie znaleźliśmy żadnych śladów gwiazd III populacji w tym przedziale czasowym – mówi Bhatawdekar.
Badania wykonywano za pomocą kamery Wide Field Camera 3 oraz Advanced Camera for Surveys w ramach programu Hubble Frontier Fields. W ramach tego programu (kiedy obserwowano sześć odległych gromad galaktyk w latach 2012-2017) stworzono najgłębsze w historii zdjęcia gromad galaktyk i galaaktyk znajdujących się za nimi, a powiększonych wskutek soczewkowania grawitacyjnego. Dzięki temu możliwe było dostrzeżenie galaktyk 10-100 razy ciemniejszych niż jakiekolwiek wcześniej obserowane.
Bhatawdekar wraz ze swoim zespołem opracowała nową technikę, która usuwa światło jasnych galaktyk pierwszego planu będących soczewkami grawitacyjnymi. Dzięki temu możliwe było odkrycie galaktyk o mniejszych masach niż kiedykolwiek obserwowane za pomocą Hubble’a, w odległości w której obserwowany wszechświat ma mniej niż miliard lat. W tym momencie w przeszłości, brak śladów egzotycznych populacji gwiazd oraz identyfikacja wielu mało-masywnych galaktyk wspiera teorię, że owe galaktyk są najprawdopodobniej kandydatkami na rejonizację wszechświata. W okresie rejonizacji we wczesnym wszechświecie obojętny ośrodek międzygwiezdny został zjonizowany przez promieniowanie pierwszych gwiazd i galaktyk.
Nasze wyniki mają poważne konsekwencje astrofizyczne, bowiem wskazują, że galaktyki musiały powstać dużo wcześniej niż myśleliśmy – mówi Bhatawdekar. Wyniki także sugerują, że nisko-masywne/ciemne galaktyki we wczesnym wszechświecie odpowiadają za rejonizację wszechświata.
Uzyskane przez badaczy wyniki wskazują na jeszcze jedno: najwcześniejsze gwiazdy i galaktyki we wszechświecie musiały powstać dużo wcześniej niż można sięgnąć za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Oznacza to, że nadchodzący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie miał nie lada zadanie – odkrywanie prawdziwych początków ewolucji wszechświata.