Tech / Nauka
Tomasz Wiśniewski
Redaktor technologiczny. Interesuje się sztuczną inteligencją, startupami i nowymi mediami, a także odkryciami naukowymi. Wielbiciel science fiction i gier planszowych.
Około 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu, gdy wszechświat miał około 3 proc. swojego obecnego wieku, świeciły już pierwsze gwiazdy i galaktyki. Astronomowie spodziewali się, że gaz wokół tych młodych obiektów pozostawał niemal pierwotny i składał się głównie z wodoru i helu. Nowe dowody sugerują, że ten obraz był niepełny.
Badanie prowadzone przez astronomów z Uniwersytetu Arizony, opublikowane w „Nature Astronomy”, wskazuje, że wczesne galaktyki wysyłały w otaczającą przestrzeń ciężkie pierwiastki, takie jak węgiel i tlen, znacznie wcześniej, niż przypuszczano. „Zauważyliśmy, że ciężkie pierwiastki wydostawały się z galaktyk bardzo, bardzo wcześnie w czasie kosmicznym” - powiedział Yongda Zhu, pierwszy autor pracy i badacz z Wydziału Astronomii oraz Obserwatorium Stewarda Uniwersytetu Arizony. „Galaktyki nie tylko je produkowały, ale też je rozpraszały, być może zasiewając nimi inne galaktyki”.
Skąd w ogóle biorą się ciężkie pierwiastki? Najwcześniejszy wszechświat zawierał niemal wyłącznie wodór i hel - dwa najprostsze pierwiastki układu okresowego. Grawitacja ściągała ten materiał w gęste obłoki, w których zaczęły powstawać gwiazdy. W ich wnętrzach ekstremalne temperatury i ciśnienie napędzały fuzję jądrową i inne reakcje, w których powstały między innymi węgiel i tlen. Gdy gwiazdy kończyły życie - a część z nich wybuchała jako supernowe - uwalniały te pierwiastki w przestrzeń. Materiał ten stał się z czasem częścią kolejnych pokoleń gwiazd i planet, współtworząc chemię niezbędną do powstania życia. Węgiel w ludzkim ciele i tlen, którym oddychamy, powstały we wnętrzach wcześniejszych gwiazd.
Nie było jednak jasne, jak szybko ciężkie pierwiastki opuszczały pierwsze galaktyki i rozprzestrzeniały się w szerszym wszechświecie. Zespół Zhu przyjrzał się trzem niezwykle odległym galaktykom, których światło wędruje do nas od ponad 13 miliardów lat. Obserwacje pokazują je takimi, jakimi były około 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu - w okresie zwanym epoką rejonizacji. Wtedy pierwsze pokolenia gwiazd i galaktyk jonizowały wodór między galaktykami, odrywając elektrony od jąder wodoru. Wraz z postępem rejonizacji światło ultrafioletowe mogło podróżować swobodniej, co kończyło kosmiczne „ciemne wieki”.
„Wykorzystaliśmy same galaktyki jako źródła światła w tle” - wyjaśnił Zhu. „Gdy ich światło podróżowało w kierunku Ziemi, przechodziło przez otaczający gaz, a my mogliśmy analizować wzorce absorpcji światła, aby wykryć konkretne pierwiastki”.
Kluczowy okazał się Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba należący do NASA, którego podczerwone instrumenty pozwalają badać galaktyki sprzed ponad 13 miliardów lat. Prawie 30 godzin ekspozycji dało zespołowi wystarczająco dużo światła, by zidentyfikować niezwykle słabe cechy absorpcyjne w widmach odległych galaktyk.