Από τότε που οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν ότι το Σύμπαν βρίσκεται σε συνεχή κατάσταση επέκτασης και ότι μια τεράστια έκρηξη πιθανότατα ξεκίνησε και τα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν (το Big Bang), υπήρξαν άλυτα ερωτήματα σχετικά με το πότε και πώς σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια. Με βάση τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από τον Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) της NASA και παρόμοιες αποστολές, πιστεύεται ότι συνέβη περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.
Πολλές από τις λεπτομέρειες για το πώς λειτούργησε αυτή η πολύπλοκη διαδικασία παραμένουν μυστήριο. Ωστόσο, νέα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν από μια ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από το Max Planck Institute for Astronomy δείχνουν ότι τα πρώτα αστέρια πρέπει να έχουν σχηματιστεί αρκετά γρήγορα. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από τα τηλεσκόπια Magellan στο Παρατηρητήριο Las Campanas, η ομάδα παρατήρησε ένα νέφος αερίου όπου ο σχηματισμός αστεριών έλαβε χώρα μόλις 850 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.
Η μελέτη που περιέγραψε τα ευρήματά τους, τα οποία εμφανίστηκαν πρόσφατα στο Αστροφυσική Εφημερίδα, με επικεφαλής τον Eduardo Bañados. Μέλος του Carnegie Institution for Science εκείνη την εποχή, ο Banados και οι συνάδελφοί του παρατήρησαν το νέφος αερίου ενώ διεξήγαγαν παρατηρήσεις παρακολούθησης σε μια έρευνα για 15 από τα πιο μακρινά γνωστά κβάζαρ.
Αυτή η έρευνα εκπονήθηκε από την Chiara Mazzucchelli, αστρονόμο με το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO) και συν-συγγραφέας της μελέτης, ως μέρος του διδακτορικού της. έρευνα στο Max Planck Institute for Astronomy. Εξετάζοντας ιδιαίτερα τα φάσματα ενός κβάζαρ (P183 + 05), σημείωσαν ότι είχε κάποια ιδιαίτερα περίεργα χαρακτηριστικά.
Χρησιμοποιώντας τα τηλεσκόπια Magellan 6,5 μ. Του Carnegie Institution στο Παρατηρητήριο Las Campanas της Χιλής, ο Banados και οι συνεργάτες του αναγνώρισαν τα φασματικά χαρακτηριστικά για αυτά που ήταν: ένα κοντινό σύννεφο αερίου που φωτίζεται από το κβάζαρ. Τα φάσματα τους είπαν επίσης πόσο μακριά ήταν το σύννεφο αερίου από τη Γη - πάνω από 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά - καθιστώντας το ένα από τα πιο μακρινά που έχουν παρατηρηθεί και αναγνωριστεί ποτέ από αστρονόμους.
Επιπλέον, βρήκαν φάσματα που υποδεικνύουν την παρουσία ιχνοστοιχείων στοιχείων όπως άνθρακα, οξυγόνο, σίδηρο και μαγνήσιο - χημικά χαρακτηρισμένα ως «μέταλλα», καθώς είναι βαρύτερα από το ήλιο. Τέτοια στοιχεία δημιουργήθηκαν κατά την αρχή του Σύμπαντος καθώς οι πρώτες γενιές των αστεριών (γνωστός και ως «πληθυσμός ΙΙΙ») τα απελευθέρωσαν στον κόσμο αφού έφτασαν στο τέλος της διάρκειας ζωής τους και εξερράγησαν ως σουπερνόβα.
Όπως είπε ο Michael Rauch, αστρονόμος από το Carnegie Institution of Science και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης:
«Αφού ήμασταν πεπεισμένοι ότι [κοιτάξαμε] αυτό το παρθένο αέριο μόνο 850 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, αρχίσαμε να αναρωτιόμαστε αν αυτό το σύστημα θα μπορούσε ακόμα να διατηρήσει χημικές υπογραφές που παράγονται από την πρώτη γενιά αστεριών».
Η εύρεση της πρώτης γενιάς των αστεριών υπήρξε από καιρό ο στόχος των αστρονόμων, καθώς θα επέτρεπε μια πιο ολοκληρωμένη κατανόηση της ιστορίας του Σύμπαντος. Με την πάροδο του χρόνου, στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο έπαιξαν βασικό ρόλο στο σχηματισμό άστρων, όπου η ύλη συσσωρεύεται λόγω αμοιβαίας έλξης και στη συνέχεια υφίσταται βαρυτική κατάρρευση.
Δεδομένου ότι μόνο το υδρογόνο και το ήλιο πιστεύεται ότι υπήρχαν στο Σύμπαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η πρώτη γενιά των αστεριών δεν είχε αυτά τα χημικά στοιχεία - κάτι που τα καθιστά ξεχωριστά από κάθε γενιά που ακολούθησε. Ως εκ τούτου, ήταν έκπληξη το γεγονός ότι παρατηρήσαμε μια σχετική αφθονία αυτών των στοιχείων σε ένα τόσο πρώιμο νέφος αερίου, το οποίο ήταν πραγματικά συγκρίσιμο με αυτό που βλέπουν οι αστρονόμοι στα διαγαλαξιακά σύννεφα αερίων σήμερα.
Αυτές οι παρατηρήσεις αποτελούν μεγάλη πρόκληση για τις συμβατικές θεωρίες για το πώς σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια στο Σύμπαν μας. Ουσιαστικά, δείχνει ότι ο σχηματισμός των αστεριών πρέπει να έχει ξεκινήσει πολύ νωρίτερα για την παραγωγή αυτών των χημικών στοιχείων. Με βάση μελέτες που περιλαμβάνουν υπερκαινοφανείς τύπου Ia, εκτιμάται ότι οι εκρήξεις που απαιτούνται για την παραγωγή αυτών των μετάλλων με την παρατηρούμενη αφθονία θα χρειαστούν περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια για να συμβούν.
Εν ολίγοις, οι επιστήμονες μπορεί να είχαν ξεφύγει από μια γενιά όταν γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να υπήρχαν περίπου κατά τη διάρκεια των πρώτων αιώνων του Σύμπαντος. Αυτό σημαίνει ουσιαστικά ότι τα πρώτα αστέρια θα έπρεπε να σχηματιστούν αρκετά γρήγορα από την αρχέγονη σούπα υδρογόνου και ηλίου που ήταν το πρώιμο Σύμπαν. Αυτό το εύρημα θα μπορούσε να έχει σοβαρές επιπτώσεις στις θεωρίες για την κοσμική εξέλιξη.
Όπως είπε ο Bañados, ο στόχος τώρα είναι να το επιβεβαιώσουμε βρίσκοντας επιπλέον σύννεφα αερίου που έχουν παρόμοιες χημικές αφθονίες:
«Είναι συναρπαστικό που μπορούμε να μετρήσουμε τη μεταλλικότητα και τις χημικές αφθονίες τόσο νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος, αλλά αν θέλουμε να προσδιορίσουμε τις υπογραφές των πρώτων αστεριών, πρέπει να διερευνήσουμε ακόμη νωρίτερα στην κοσμική ιστορία. Είμαι αισιόδοξος ότι θα βρούμε ακόμη πιο μακριά σύννεφα αερίων, τα οποία θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε πώς γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια. "
Η σχετικότητα μας λέει ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι δύο εκφράσεις της ίδιας πραγματικότητας. Ergo, κοιτάζοντας πιο μακριά το Σύμπαν, κοιτάμε επίσης πιο πίσω στο παρελθόν. Με αυτόν τον τρόπο, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να προσαρμόσουν τα κοσμολογικά τους μοντέλα και ιδέες για το πώς και πότε ξεκίνησαν τα πάντα. Γνωρίζοντας ότι τα πρώτα αστέρια στο Σύμπαν θα μπορούσαν να προωθήσουν την προέλευσή τους σε μια ακόμη νωρίτερη στιγμή. Λοιπόν, αυτό είναι μόνο μέρος της καμπύλης μάθησης!
