Dawny gwiezdny pył rzuca światło na pierwsze gwiazdy
Astronomowie użyli ALMA do wykrycia olbrzymiej masy świecącego gwiezdnego pyłu w galaktyce z okresu gdy wszechświat miał zaledwie cztery procent swojego obecnego wieku. Galaktyka ta jest obserwowana krótko po jej uformowaniu się i jest najdalszą galaktyką, w której wykryto pył. Są to także obserwacje najbardziej odległego tlenu we wszechświecie. Wyniki dostarczają nowego spojrzenia na narodziny i wybuchową śmierć pierwszych gwiazd.
Międzynarodowy zespół astronomów, którym kierował Nicolas Laporte z University College London, użył Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do obserwacji A2744_YD4, najmłodszej i najdalszej galaktyki widzianej przez ALMA. Naukowcy byli zaskoczeni, iż ta młoda galaktyka zawiera dużo międzygwiazdowego pyłu - pyłu powstałego w wyniku śmierci wcześniejszej generacji gwiazd.
Dalsze obserwacje przy pomocy instrumentu X-shooter na należącym do ESO teleskopie VLT potwierdziły ogromną odległość do A2744_YD4. Galaktyka wygląda w stadium, gdy Wszechświat miał zaledwie 600 milionów lat i był podczas okresu, w którym formowały się pierwsze gwiazdy i galaktyki.
- A2744_YD4 jest nie tylko najdalszą galaktyką zaobserwowaną do tej pory przez ALMA, ale detekcja tak dużej ilości pyłu wskazuje, że wczesne supernowe już musiały zanieczyścić tę galaktykę - powiedział Nicolas Laporte.
Kosmiczny pył jest zbudowany głównie z krzemu, węgla i aluminium, w małych ziarnach mierzących milionowe części centymetra. Chemiczne pierwiastki w tych ziarnach są wykuwane w gwiazdach i rozprzestrzenianie w kosmosie gdy gwiazdy te umierają, zwykle spektakularnie podczas wybuchów supernowych, czyli końcowego losu żyjących krótko gwiazd masywnych. Obecnie pyłu jest mnóstwo i jest kluczowym elementem w powstaniu gwiazd, planet i złożonych cząsteczek, jednak we wczesnym wszechświecie - zanim umarła pierwsza generacja gwiazd - występował rzadko.
Obserwacje zapylonej galaktyki A2744_YD4 były możliwe dzięki temu, iż znajduje się za masywną gromadą galaktyk Abell 2744. Ponieważ zjawisko zwane soczewkowaniem grawitacyjnym, w którym gromada działa niczym gigantyczny kosmiczny teleskop powiększający bardziej odległą A2744_YD4 o 1,8 razy, pozwoliła naukowcom zajrzeć daleko we wczesny wszechświat.
Wykrycie pyłu we wczesnym wszechświecie dostarcza nowych informacji o tym, kiedy eksplodowały pierwsze supernowe, a tym samym także kiedy pierwsze gorące gwiazdy skąpały wszechświat w świetle. Ustalenie czasu tego "kosmicznego świtu" jest jednym z głównych wyzwań współczesnej astronomii i może być pośrednio badane przy pomocy analiz własności wczesnego pyłu międzygwiazdowego.
Grupa badawcza szacuje, że A2744_YD4 zawiera ilość pyłu odpowiadającą 6 milionom mas Słońca, natomiast całkowita gwiazdowa masa - masa wszystkich gwiazd w galaktyce - to 2 miliardy mas Słońca. Naukowcy zmierzyli także tempo procesów gwiazdotwórczych w A2744_YD4 i ustalili, iż jest to 20 mas Słońca na rok - w porównaniu z zaledwie jedną masą Słońca rocznie w Drodze Mlecznej.
- Takie tempo nie jest nietypowe d la tak odległej galaktyki, ale rzuca nowe światło na to, jak szybko uformował się pył w A2744_YD4. Co znaczące, potrzeba było zaledwie około 200 milionów lat - zatem jesteśmy świadkami widoku galaktyki krótko po jej uformowaniu się - wyjaśnił Richard Ellis (ESO oraz University College London), współautor badań.
Oznacza to, że znaczące procesy gwiazdotwórcze rozpoczęły się około 200 milionów lat przed epoką, z której obserwujemy galaktykę. Dostarcza to wspaniałej szansy dla ALMA do wspomożenia badań nad erą, w której pierwsze gwiazdy i galaktyki "włączyły się" - najwcześniejszej epoki zbadanej do tej pory. Nasze Słońce, nasza planeta i nasze istnienie są produktem - po 13 miliardów lat później - tej pierwsze generacji gwiazd. Badając ich formowanie się, życie i śmierć, sprawdzamy nasze pochodzenie.
- Dzięki ALMA widoki na dokonywanie głębszych i szerszych obserwacji podobnych galaktyk we wczesnych czasach są bardzo obiecujące - dodał Ellis.
Natomiast Laporte podsumowuje: "Dalsze pomiary tego typu oferują ciekawą perspektywę śledzenia powstawania wczesnych gwiazd i tworzenia cięższych pierwiastków chemicznych jeszcze dawniej we wczesnym wszechświecie."
