Astronomer ser lockande bevis för en av de första stjärnorna som bildades i universum

Enligt den dominerande kosmologiska modellen bildades de första stjärnorna i universum ungefär 100 000 år efter Big Bang. Dessa tidiga stjärnmassor, kända som Population III-stjärnor, var mycket stora, kortlivade och innehöll praktiskt taget inga metaller eller tyngre grundämnen. Med tiden bildades element som kol, kväve, syre och järn i deras inre genom nukleosyntes. När dessa stjärnor nådde slutet av sin livslängd exploderade de i en supernova många gånger större än något vi ser idag (en “super-supernova”), vilket gjorde att dessa element spreds över hela kosmos.

I decennier har astronomer försökt hitta bevis för dessa tidigaste stjärnor, men alla försök hittills har misslyckats. Men tack vare en nyligen genomförd studie tror ett team under ledning av Tokyos universitet att de äntligen kan ha upptäckt de första spåren av en av de tidigaste stjärnorna i universum. Medan de analyserade data som tidigare erhållits av Gemini North-teleskopet från den mest avlägsna kvasaren som någonsin observerats, märkte teamet ett massivt moln av material runt den. Baserat på deras analys tror de att materialet kom från en första generationens stjärna efter att det blev “super-supernova”.

Studien, som nyligen dök upp i The Astrophysical Journal, leddes av Yuzuru Yoshii, en pristagare i astronomi vid University of Tokyo och Steward Observatory vid University of Arizona. Han fick sällskap av forskare från National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Tokyo University’s Research Center for the Early Universe (RESCEU), JINA Center for the Evolution of the Elements (JINA-CEE) vid University of Notre Dame, och Australian National Universitys Mount Stromlo Observatory.

Ta bort alla annonser på Universe Today

Gå med i vår Patreon för så lite som $3!

Få den annonsfria upplevelsen för livet

Population III-stjärnor tros ha bildats cirka 100 000 år efter Big Bang. Kredit: ESA/Hubble, M. Kornmesser.

Som de indikerar i sin studie, tror teamet att den mest troliga förklaringen till vad de observerade är att materialet är resterna av en första generationens stjärna som exploderade som en parinstabil supernova (aka. en “super-supernova”). Dessa händer när fotoner i mitten av en stjärna spontant förvandlas till elektroner och positroner – antimateria-motsvarigheten till elektronen – vilket minskar strålningstrycket inuti stjärnan och får den att kollapsa. Ungefär som hur Population I- och II-stjärnor kollapsar efter att ha uttömt sitt väte och helium, fick denna process Population III-stjärnor att bli supernova.

Även om en sådan händelse aldrig har bevittnats, antas de inträffa när gigantiska stjärnor (mellan 150 och 250 solmassor) når slutet av sina liv. Till skillnad från andra supernovor lämnar en parinstabil supernova inga stjärnrester och skjuter ut all stjärnans materia till sin omgivning. Dessutom teoretiserar astronomer att detta material skulle innehålla över tio gånger mer järn än magnesium jämfört med förhållandet mellan dessa grundämnen i vår sol. På grund av deras speciella egenskaper finns det bara två sätt att hitta bevis på Population III-stjärnor.

För det första kan astronomer försöka observera en parinstabil supernova när den händer, vars odds är mycket små. För det andra kan de försöka upptäcka materialet som dessa stjärnor skjuter ut i det interstellära rymden genom att identifiera dess kemiska signatur. I det här fallet förlitade sig Yuzuru och hans kollegor på den senare metoden, som bestod i att konsultera tidigare observationer som gjorts med Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) på det 8,1 meter långa Gemini North Telescope.

Detta teleskop är ett av två (beläget på norra och södra halvklotet) som utgör International Gemini Observatory, som drivs av National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab). För att identifiera mängden av varje närvarande element använde teamet en analysmetod som utvecklats av Yuzuru och medförfattaren Hiroaki Sameshima, en projektforskare vid University of Tokyos Graduate School of Science. Denna metod går ut på att mäta intensiteten av våglängder i kvasarens spektrum, från vilket materialets kemiska spektra extraheras.

Gemini North Observatory, beläget på toppen av Maunakea, Hawaii. Kredit: Gemini Observatory/AURA

Från sin analys noterade Yuzuru och hans kollegor att utstött material innehöll över tio gånger mer järn än magnesium jämfört med förhållandet mellan dessa grundämnen som finns i vår sol. Som Yuzuru förklarade i ett pressmeddelande från NOIRLab:

“Det var uppenbart för mig att supernovakandidaten för detta skulle vara en parinstabil supernova av en Population III-stjärna, där hela stjärnan exploderar utan att lämna någon kvarleva bakom sig. Jag blev glad och något förvånad över att finna att en parinstabil supernova av en stjärna med en massa som är cirka 300 gånger solens massa ger ett förhållande mellan magnesium och järn som överensstämmer med det låga värdet vi härledde för kvasaren.

Liknande sökningar har gjorts tidigare, där astronomer letade efter kemiska bevis på Population III-stjärnor i Vintergatan. Och medan en preliminär identifiering gjordes 2014, tror Yuzuru och hans kollega att dessa nya resultat är den tydligaste indikationen på en parinstabil supernova hittills. Om deras fynd bekräftas kommer det att ge ny insikt om hur vårt universum har utvecklats sedan de första stjärnorna och galaxerna bildades. Under tiden krävs fler observationer för att se om det finns andra föremål där ute som har liknande egenskaper.

Bevis för dessa stjärnor kunde också hittas inom Vintergatan, där utstötningar från urstjärnor kunde hittas bland objekt i vårt lokaluniversum. Med denna senaste studie har astronomer nu en potentiell väg för att identifiera de kemiska signaturerna för stjärnorna som spelade en avgörande roll i kosmos utveckling, gav upphov till de första planeterna och till och med livet självt.

Ytterligare läsning: NOIR Lab, The Astrophysical Journal

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *