Międzynarodowy zespół kierowany przez astronomów z Uniwersytetu Cambridge odkrył w jednej z najodleglejszych i zarazem najstarszych zarejestrowanych galaktyk wyraźne sygnatury węgla. Niespodziewane wyniki zostały uzyskane w ramach projektu Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), oczywiście za sprawą obserwacji Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
Gwiazdy, co do zasady, zbudowane są w miażdżącej większości z najlżejszego pierwiastka układu okresowego, czyli wodoru i ewentualnie helu. Dzięki skrupulatnym analizom spektroskopowym wiemy jednak, że ich wnętrza gromadzą też pewne ilości cięższych pierwiastków. Astronomowie określają je wspólnym mianem metali. Tak, choć to dziwne i sprzeczne z podręcznikami chemii – badacze kosmosu do metali zaliczają nawet tlen, azot czy węgiel – wszystko, co nie jest wodorem albo helem.
Poziom metaliczności interesuje naukowców, ponieważ pozostaje on skorelowany z wiekiem gwiazd. Obiekty powstałe najwcześniej po wielkim wybuchu, formowały się z czystych chmur wodoru, więc musiały być niemal wolne od innych elementów. Dopiero w jądrach tych pierwszych gwiazd dochodziło do syntezy cięższych pierwiastków, które były następnie rozsiewane po wszechświecie przy okazji eksplozji supernowych. Kolejne pokolenia gwiazd formowały się już na bazie „zanieczyszczonego” gazu, co wpływało na ich skład chemiczny i wyższą metaliczność.
Krótko mówiąc: im większe stężenie substancji innych niż wodór, z tym młodszą populacją gwiazd mamy do czynienia.
I tu zaczyna się robić ciekawie, ponieważ według dotychczasowych modeli, węgiel powinien pojawić się we wszechświecie stosunkowo późno, około miliarda lat po wielkim wybuchu. Tymczasem „odkryliśmy, że węgiel powstał znacznie wcześniej. Może być nawet najstarszym ze wszystkich metali” – twierdzi autor omawianej publikacji, Roberto Maiolino.
Zespół z Cambridge poddał głębokiej analizie spektroskopowej obiekt GS-z12. To jedna z najodleglejszych zarejestrowanych galaktyk, której światło zostało wyemitowane około 350 milionów lat po wielkim wybuchu. Zainstalowany na pokładzie Teleskopu Webba instrument NIRSpec, zdołał wychwycić w jej widmie obecność węgla, a także tlenu oraz neonu, przy czym sygnatury dwóch ostatnich są słabsze i wciąż czekają na potwierdzenie.
Otrzymane rezultaty sugerują, że eksplozje najstarszej populacji gwiazd mogły być mniej energetyczne, niż podejrzewano. Prawdopodobny staje się model, wedle którego węgiel zalegał głównie w zewnętrznych warstwach gwiazdy i mógł podczas wybuchu łatwiej uciec w przestrzeń; podczas gdy nieco cięższy tlen ulegał grawitacji i wraz z resztą materii kolapsował w czarną dziurę lub pulsar.
„Byliśmy zaskoczeni, że węgiel pojawił się tak wcześnie we wszechświecie, ponieważ dotąd sądzono, że najwcześniejsze gwiazdy pozostawiały po sobie znacznie więcej tlenu niż węgla” – tłumaczy Maiolino i dodaje – „myśleliśmy, że węgiel rozpowszechnił się znacznie później, w wyniku zupełnie innych procesów, ale fakt, że pojawił się tak wcześnie, mówi nam, że pierwsze gwiazdy mogły działać zupełnie inaczej”. Współautor badania Francesco D’Eugenio, zauważa też, że „ponieważ węgiel jest podstawą życia, jakie znamy, niekoniecznie jest prawdą, że życie musiało wyewoluować we wszechświecie dopiero niedawno. Być może życie pojawiło się już dawno – chociaż jeśli istnieje, mogło ewoluować zupełnie inaczej niż tutaj, na Ziemi”.
Preprint JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang in a gas-rich galaxy zadebiutował w serwisie arXiv już w tamtym roku. Strona Cambridge poinformowała natomiast, że artykuł został już zaakceptowany i niebawem trafi do czasopisma Astronomy & Astrophysics.
