eso2306 — Tlačová správa (vedecká) 
Astronómovia objavili vzdialené oblaky plynu s pozostatkami prvých hviezd
03. máj 2023
Pomocou veľmi veľkého ďalekohľadu ESO/VLT astronómovia po prvýkrát pozorovali pozostatky, ktoré po sebe zanechali explózie prvých hviezd vo vesmíre. Objavili tri vzdialené oblaky plynu, ktorých chemické zloženie zodpovedá tomu, aké astronómovia očakávajú po explóziách prvých hviezdnych. Tieto nové poznatky nás posúvajú o ďalší krok bližšie k pochopeniu vlastností prvých hviezd, ktoré vznikli po Veľkom tresku.
„Vôbec prvýkrát sa nám podarilo identifikovať chemické stopy explózií prvých hviezd vo veľmi vzdialených plynných mračnách,“ hovorí doktorandka Andrea Saccardi (Observatoire de Paris – PSL), ktorá viedla túto štúdiu počas práce na svojej dizertácii (University of Florence).
Astronómovia si myslia, že prvé hviezdy, ktoré sa vo vesmíre sformovali, boli veľmi odlišné od tých, ktoré vidíme dnes. Keď sa pred 13,5 miliardami rokov hviezdy zrodili, obsahovali iba vodík a hélium, najjednoduchšie chemické prvky v prírode [1]. Tieto hviezdy, u ktorých sa predpokladá, že boli až stokrát hmotnejšie ako naše Slnko, rýchlo zanikli pri mohutných explóziach známych ako supernovy, čím sa okolitý plyn po prvýkrát obohatil o ťažšie chemické prvky. Z takto obohateného plynu sa zrodili nasledujúce generácie hviezd, ktoré pri svojom zániku tiež produkovali ťažšie prvky. Ale úplne prvé hviezdy však zanikli už veľmi dávno. Ako sa o nich teda vedci môžu dozvedieť viac? „Prvotné hviezdy možno skúmať nepriamo, a to na základe detekcie chemických prvkov, ktoré sa v závere ich existencie rozptýlili do okolia,“ hovorí profesorka Stefania Salvadori (University of Florence), spoluautorka štúdie publikovanej v časopise Astrophysical Journal.
Na základe dát získaných pomocou veľmi veľkého ďalekohľadu ESO/VLT (Very Large Telescope) v Čile sa skupine astronómom podarilo nájsť tri veľmi vzdialené oblaky plynu, ktoré pozorujeme tak, ako vyzerali v čase, keď sa vek vesmíru pohyboval len okolo 10-15 % súčasného veku. Ich chemické zloženie zodpovedá tomu, aké očakávame po explózii prvých hviezd. V závislosti od hmotnosti týchto raných hviezd a energie explózie uvoľňovali tieto prvé supernovy rôzne chemické prvky, ako je uhlík, kyslík a horčík, ktoré sa vyskytujú vo vonkajších vrstvách hviezdnych schránok. Niektoré z týchto explózií však nemali dosť energie na to, aby sa uvoľnili ešte ťažšie prvky, ako je železo, ktoré sa nachádza iba v jadrách hviezd. Pri hľadaní pozostatkov prvých hviezd, ktoré explodovali ako supernovy s nízkou energiou, preto členovia tímu pátrali po vzdialených oblakoch plynu chudobných na železo ale bohatých na ostatné prvky. A trojicu takých vzdialených oblakov v ranom vesmíre sa im skutočne podarilo nájsť.
Toto zvláštne chemické zloženie bolo pozorované aj u mnohých starších hviezd v našej Galaxii, ktoré vedci považujú za hviezdy druhej generácie, ktoré vznikli priamo z „popola“ tých prvých. V rámci tejto štúdie sa astronómom podarilo nájsť tento „popol“ v ranom vesmíre a pridali tak ďalší chýbajúci diel do tejto komplikovanej skladačky. „Náš objav otvára nové možnosti nepriameho štúdia povahy prvých hviezd a dopĺňa tak výskum hviezd v našej galaxii,“ vysvetľuje Salvadori.
Na detekciu a štúdium týchto vzdialených oblakov plynu použili astronóvoa jasné objekty známe ako kvazary – veľmi intenzívne zdroje žiarenia poháňané superhmotnými čiernymi dierami v centrách vzdialených galaxií. Ako žiarenie z kvazaru putuje vesmírom, prechádza oblakmi plynu, ktoréhi chemické zloženie zanechá svoj otlačok vo svetle.
Na nájdenie týchto chemických otlačkov astronómovia analyzovali pozorovania niekoľkých kvazarov získaných prístrojom X-shooter pracujúcim v spojení s veľm veľkým ďalekohľadom ESO/VLT. Spektrograf X-shooter rozkladá svetlo na základe zložky a pokrýva extrémne široký rozsah vlnových dĺžok (ak chcete farieb), čo z neho robí jedinečné zariadenie, pomocou ktorého je možné identifikovať mnoho rôznych chemických prvkov, nielen v týchto vzdialených mračnách.
Táto štúdia otvára nové obzory pre ďalekohľady a prístroje budúcej generácie, ako je napríklad pripravovaný extrémne velký ďalekohľad ESO/ELT (Extremely Large Telescope) a jeho spektrograf s vysokým rozlíšeným ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph). „Pomocou prístroja ANDES a ďalekohľadu ELT budeme môcť podrobnejšie študovať mnoho týchto vzácnych plynných mračien a budeme schopní konečne odhaliť doteraz záhadnú povahu prvých hviezd,“ dodáva spoluautorka štúdie Valentina D’Odorico (National Institute of Astrophysics in Italy).
Poznámky
[1] Niekoľko minút po veľkom tresku sa vo vesmíre vyskytovali iba tri najľahšie chemické prvky: vodík, hélium a malé množstvo lítia. Ťažšie prvky vznikli až oveľa neskôr – vo vnútroch hviezd.
——————-
More information
This research was presented in a paper to appear in the Astrophysical Journal (doi: 10.3847/1538-4357/acc39f)
The team is composed of Andrea Saccardi (GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, France; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Italy [UFlorence]), Stefania Salvadori (UFlorence; INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italy), Valentina D’Odorico (Scuola Normale Superiore, Italy; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Italy [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Italy [IFPU]), Guido Cupani (INAF Trieste; IFPU), Michele Fumagalli (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of Milano Bicocca, Italy; INAF Trieste), Trystyn A. M. Berg (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of Milano Bicocca, Italy), George D. Becker (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), Sara Ellison (Department of Physics & Astronomy, University of Victoria, Canada), Sebastian Lopez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile).
The European Southern Observatory (ESO) enables scientists worldwide to discover the secrets of the Universe for the benefit of all. We design, build and operate world-class observatories on the ground — which astronomers use to tackle exciting questions and spread the fascination of astronomy — and promote international collaboration in astronomy. Established as an intergovernmental organisation in 1962, today ESO is supported by 16 Member States (Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom), along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO’s headquarters and its visitor centre and planetarium, the ESO Supernova, are located close to Munich in Germany, while the Chilean Atacama Desert, a marvellous place with unique conditions to observe the sky, hosts our telescopes. ESO operates three observing sites: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its Very Large Telescope Interferometer, as well as survey telescopes such as VISTA. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. Together with international partners, ESO operates ALMA on Chajnantor, a facility that observes the skies in the millimetre and submillimetre range. At Cerro Armazones, near Paranal, we are building “the world’s biggest eye on the sky” — ESO’s Extremely Large Telescope. From our offices in Santiago, Chile we support our operations in the country and engage with Chilean partners and society.
——————–
Contacts
Andrea Saccardi
GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS
Paris, France
Cell: +39 3408796870
Email: andrea.saccardi@observatoiredeparis.psl.eu
Stefania Salvadori
University of Florence
Florence, Italy
Tel: +39 055 2755222
Email: stefania.salvadori@unifi.it
Valentina D’Odorico
INAF Osservatorio Astronomico di Trieste
Trieste, Italy
Tel: +39 040 3199217
Email: valentina.dodorico@inaf.it
Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6176
Email: press@eso.org
——————–
Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2306/
ESO*lar