Znanstvenici otkrili prisutnost ugljika u galaksiji staroj 350 milijuna godina nakon Velikog praska

Astronomi su detektirali prisutnost ugljika u galaksiji staroj samo 350 milijuna godina nakon Velikog praska, što predstavlja najranije otkriće bilo kojeg elementa u svemiru osim vodika. Ugljik je ključan za formiranje života na Zemlji.

---

Korištenjem svemirskog teleskopa James Webb (JWST), međunarodni tim astronoma predvođen Sveučilištem u Cambridgeu proučavao je vrlo mladu galaksiju u ranom svemiru i otkrio da sadrži iznenađujuće velike količine ugljika, jednog od temelja života kakvog poznajemo. U astronomiji se elementi teži od vodika ili helija klasificiraju kao metali. Vrlo rani svemir gotovo je u cijelosti bio sastavljen od vodika, najjednostavnijeg elementa, s malim količinama helija i mikroskopskim količinama litija.

Svi ostali elementi koji čine svemir kakvog danas promatramo formirani su unutar zvijezda. Kada zvijezde eksplodiraju kao supernove, elementi koje proizvode šire se kroz svoje galaksije, sijući sljedeću generaciju zvijezda. S svakom novom generacijom zvijezda i “zvjezdane prašine” nastaju sve više metali, a nakon milijardi godina svemir evoluira do točke gdje može podržavati stjenovite planete poput Zemlje i život poput našeg.

Porijeklo i evolucija metala u svemiru

Sposobnost praćenja porijekla i evolucije metala pomoći će nam razumjeti kako smo prešli od svemira gotovo u cijelosti sastavljenog od samo dva kemijska elementa do nevjerojatne složenosti koju danas vidimo. “Prve zvijezde su sveti gral kemijske evolucije,” rekao je glavni autor dr. Francesco D’Eugenio iz Kavli Instituta za kozmologiju u Cambridgeu. “Budući da su sastavljene samo od primordijalnih elemenata, ponašaju se vrlo različito od modernih zvijezda. Proučavanjem kako i kada su prvi metali nastali unutar zvijezda, možemo postaviti vremenski okvir za najranije korake na putu koji je doveo do formiranja života.”

Ugljik je temeljni element u evoluciji svemira jer se može formirati u zrnca prašine koja se grupiraju, na kraju formirajući prve planetesimale i najranije planete. Ugljik je također ključan za formiranje života na Zemlji. “Ranija istraživanja sugerirala su da je ugljik počeo nastajati u velikim količinama relativno kasno – oko milijardu godina nakon Velikog praska,” rekao je suautor profesor Roberto Maiolino, također iz Kavli Instituta. “No otkrili smo da se ugljik formirao puno ranije – možda je čak i najstariji metal od svih.”

Tim je koristio JWST za promatranje vrlo udaljene galaksije – jedne od najudaljenijih galaksija dosad promatranih – samo 350 milijuna godina nakon Velikog praska, prije više od 13 milijardi godina. Ova galaksija je kompaktna i niske mase – oko 100.000 puta manje masivna od Mliječne staze. “Promatramo embrio galaksije, ali mogao bi se razviti u nešto prilično veliko, otprilike veličine Mliječne staze,” rekao je D’Eugenio. “No za tako mladu galaksiju, prilično je masivna.”

Različiti elementi

Istraživači su koristili Webbov bliski infracrveni spektrograf (NIRSpec) kako bi razložili svjetlost koja dolazi iz mlade galaksije na spektar boja. Različiti elementi ostavljaju različite kemijske otiske u spektru galaksije, omogućujući timu da odredi njezin kemijski sastav. Analiza ovog spektra pokazala je sigurnu detekciju ugljika i nesigurne detekcije kisika i neona, iako će biti potrebna daljnja promatranja kako bi se potvrdila prisutnost ovih drugih elemenata.

“Bili smo iznenađeni kada smo vidjeli ugljik tako rano u svemiru, jer se mislilo da prve zvijezde proizvode puno više kisika nego ugljika,” rekao je Maiolino. “Mislili smo da je ugljik obogaćen puno kasnije, kroz potpuno različite procese, ali činjenica da se pojavljuje tako rano govori nam da su prve zvijezde možda djelovale vrlo različito.” Prema nekim modelima, kada su prve zvijezde eksplodirale kao supernove, možda su oslobodile manje energije nego što se prvotno očekivalo. U tom slučaju, ugljik, koji je bio u vanjskoj ljusci zvijezda i manje gravitacijski vezan od kisika, mogao je lakše pobjeći i raširiti se kroz galaksiju, dok je velika količina kisika pala natrag i kolabirala u crnu rupu.

“Ova promatranja nam govore da se ugljik može brzo obogatiti u ranom svemiru,” rekao je D’Eugenio. “A budući da je ugljik ključan za život kakvog poznajemo, nije nužno istina da je život morao evoluirati mnogo kasnije u svemiru. Možda se život pojavio puno ranije – iako, ako postoji život negdje drugdje u svemiru, mogao je evoluirati vrlo različito nego ovdje na Zemlji.”