Samo 400 milijuna godina nakon Velikog praska, uz jednu od najsjajnijih poznatih galaksija iz ranog svemira, astronomi su uočili ono što bi moglo biti dosad najuvjerljiviji trag prve generacije zvijezda. Promatranja svemirskog teleskopa James Webb upućuju na to da se uz mali prateći objekt u blizini galaksije GN-z11 nalazi skup vrlo davnih zvijezda takozvane populacije III.
Rezultat je opisan u dvama povezanim radovima, trenutno dostupnim na otvorenom serveru arXiv. Jedan vodi Roberto Maiolino sa Sveučilišta Cambridge, a drugi Elka Rusta sa Sveučilišta u Firenci. Oba tima proučavala su isti izvor i oba su ondje našla isti neobičan obrazac: snažan trag helija, potvrđenu prisutnost vodika i potpuni izostanak težih elemenata.
Prve zvijezde u svemiru astronomi su desetljećima poznavali samo iz teorijskih modela. Smatralo se da su nastajale iz gotovo čistih oblaka vodika i helija, u vrijeme kada u svemiru još nije bilo većih količina ugljika, kisika, željeza i drugih težih elemenata. Prema tim modelima, bile su vrlo masivne i vrlo vruće, a gorivo su trošile brzo, tijekom svega nekoliko milijuna godina. Nakon toga trebale su završavati u snažnim supernovama koje su okolni prostor obogaćivale težim elementima, iz kojih su potom nastajale kasnije generacije zvijezda.
Neobičan signal uz GN-z11
Maiolinov tim još je 2024. u halou galaksije GN-z11 uočio neobičan signal. Pomoću instrumenta NIRSpec-IFU na teleskopu James Webb zabilježili su slabu emisijsku liniju iz malog objekta nazvanog Hebe, udaljenog oko tri kiloparseka od matične galaksije.
Ta je linija odgovarala dvostruko ioniziranom heliju. Za takav potpis potrebno je iznimno energično zračenje, kakvo ne ostavljaju obične zvjezdane populacije. U istom spektru pritom nisu pronađeni tragovi težih elemenata, koje astronomi u ovakvom kontekstu nazivaju metalima. Upravo je ta kombinacija, snažan signal helija i izostanak metala, navela istraživače na zaključak da su zvijezde populacije III zasad najvjerojatnije objašnjenje.
To je bilo posebno zanimljivo zato što takve drevne zvijezde dosad nikada nisu bile izravno opažene. Postojale su kao jedna od ključnih pretpostavki o ranom svemiru, ali bez čvrstog promatračkog uporišta.
Dvije studije, isti zaključak
Nova promatranja sada su taj nalaz dodatno učvrstila. Maiolinov tim, koristeći veću razlučivost instrumenta NIRSpec-IFU, potvrdio je da je helijev signal stvaran i razlučio ga na dvije odvojene sastavnice.
U drugom radu Rustin tim neovisno je na istom mjestu otkrio i emisijsku liniju vodika, čime je isti izvor dobio još jednu važnu potvrdu. Ni jedan ni drugi rad pritom nije pronašao nikakav dokaz za prisutnost težih elemenata u zračenju objekta Hebe.
Na temelju teorijskih modela Rustin tim zatim je iz opaženog omjera helija i vodika pokušao procijeniti kakve su mase te prve zvijezde vjerojatno imale. Njihova analiza više odgovara raspodjeli u kojoj prevladavaju masivnije zvijezde, pri čemu bi većina njih imala između približno 10 i 100 masa Sunca. Takav rezultat uklapa se u dugogodišnja predviđanja da su prve zvijezde bile vrlo vruće, vrlo masivne i nastale u svemiru koji još nije bio obogaćen težim elementima.
Autori ne tvrde da je pitanje time konačno riješeno. Za jasniju sliku o nastanku i životnom vijeku tih zvijezda bit će potrebna nova opažanja. No oko objekta Hebe uz GN-z11 sada se u dva neovisna rada pojavljuje isti obrazac: dvostruko ionizirani helij, potvrđeni vodik i potpuni izostanak težih elemenata.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
