Teleskop Hubble'a spojrzał w przeszłość. Obraz sprzed 13 mld lat pokazuje, że nasz świat jest starszy, niż sądzono

Bartłomiej Pawlak
Badacze od lat starają się ustalić, kiedy dokładnie powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki, a więc świat, jaki dziś znamy. Teraz pojawiła się na to szansa, bo do badań zaprzęgnięto nowatorską technikę i Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Badacze są jednak zaskoczeni, bo znane nam obiekty powstały jeszcze wcześniej, niż dotychczas się spodziewano.
Zobacz wideo Najciekawsze odkrycia kosmiczne ostatnich lat

Początki naszego Wszechświata, a więc wydarzenia niedługo po Wielkim Wybuchu są dla nas wciąż sporą tajemnicą. Oczywiście istnieją liczne teorie na ten temat, jednak części z nich do dziś nie udało się potwierdzić. I choć wiemy, że Wszechświat miał swój początek 13,82 miliarda lat temu, wciąż nie wiemy na pewno, kiedy powstały na przykład pierwsze gwiazdy.

Badacze nazywają je gwiazdami III populacji (są także gwiazdy II populacji - stare, ale nie tak, jak Wszechświat oraz I populacji - młode, takie jak Słońce). To (wciąż) hipotetyczna populacja najstarszych gwiazd, które powstały niedługo po Wielkim Wybuchu z materii pierwotnej - wodoru, helu oraz (w mniejszej części) litu. Dopiero w procesach zachodzących we wnętrzach tych pierwszych gwiazd powstały cięższe pierwiastki, takie jak tlen, azot, węgiel czy żelazo, dzięki którym dziś istniejemy.

Zdaniem badaczy, gwiazdy III populacji narodziły się jeszcze przed uformowaniem się pierwszych galaktyk, a więc gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody. Pytanie tylko kiedy.

Badacze spojrzeli w przeszłość w niesamowity sposób

Chcąc dowiedzieć się więcej na temat gwiazd III populacji, naukowcy z Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) wykorzystali Kosmiczny Teleskop Hubble'a (instrument ten jest wspólnym dziełem NASA i ESA). Korzystając z niego, spojrzeli w przeszłość do czasu, gdy Wszechświat miał zaledwie 500 milionów lat (dla przypomnienia - teraz ma 13,82 miliarda lat).

W skali kosmicznej to (przynajmniej teoretycznie) dość proste. Badacze znaleźli miejsce w przestrzeni oddalone od nas o 13,32 mld lat świetlnych - oznacza to, że światło z tego miejsca "leciało" do nas przez 13,32 mld lat i dziś widzimy stan na 500 mln lat po Wielkim Wybuchu.

Aby było to możliwe w praktyce, naukowcy wykorzystali zjawisko soczewkowania grawitacyjnego. Patrząc na bardzo masywną gromadę galaktyk znajdującą się bezpośrednio przed wybranym punktem w przestrzeni, otrzymali zniekształcony, ale powiększony obraz sprzed 13,32 mld lat.

Pole grawitacyjne gromady galaktyk zadziałało, jak kosmiczne "szkło powiększające", wzmacniając jednocześnie światło z odległych obiektów od 10 do 100 razy. Następnie zastosowano technikę pozwalającą na usunięcie światła z jasnych galaktyk na pierwszym planie

Gromada galaktyk MACS J0416 - jedna z sześciu przebadanych w ramach programu Hubble Frontier Fields. Obraz z soczewkowania grawitacyjnego widoczny na niebiesko:

Formowanie się pierwszych gwiazd i galaktyk we wczesnym wszechświecie nastąpiło wcześniej niż sądzono.Formowanie się pierwszych gwiazd i galaktyk we wczesnym wszechświecie nastąpiło wcześniej niż sądzono. fot. NASA, ESA and M. Montes (University of New South Wales)

Zarejestrowane dane badacze z ESA porównali z obrazami z pięciu innych miejsc we Wszechświecie. W ten sposób powstały najgłębsze dotąd oglądane obrazy Wszechświata sięgające od 500 mln do 1 mld lat po Wielkim Wybuchu. Znacznie głębsze niż teoretycznie pozwalają na to możliwości Teleskopu Hubble'a.

Teorie były błędne

Wyniki badania wywołały niemałe zaskoczenie wśród naukowców. Spodziewali się oni zobaczyć gwiazdy III populacji, ale nie odnaleziono żadnych dowodów na ich istnienie. Zamiast tego ujrzeli bardzo młode galaktyki - zdecydowanie najmniej masywne ze wszystkich oglądanych dotąd przy użyciu Teleskopu Hubble'a. Zdaniem badaczy, są to obiekty istniejące w czasie ery rejonizacji Wszechświata, ale nie ma tam gwiazd III populacji.

Wyniki sugerują jednoznacznie, że powstanie pierwszych gwiazd i pierwsze etapy formowania się galaktyk nastąpiły znacznie wcześniej. Niestety zbyt wcześnie, aby móc zobaczyć to za pomocą Kosmicznego teleskopu Hubble'a.

Wyniki te mają daleko idące konsekwencje astrofizyczne, ponieważ pokazują, że galaktyki musiały powstać znacznie wcześniej, niż myśleliśmy. To [odkrycie - przy. red.] również mocno popiera ideę, że małomasywne/słabe galaktyki we wczesnym Wszechświecie są odpowiedzialne za rejonizację

- tłumaczy Rachana Bhatawdekar z ESA, która kierowała badaniem.

Naukowcy muszą zatem wstrzymać się z badaniami do czasu wystrzelenia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Znacznie nowocześniejszego i bardziej zaawansowanego (ze zwierciadłem 2,5 raza większym) teleskopu, nad którym pracują NASA, ESA oraz CSA (Kanadyjska Agencja Kosmiczna). JWST zostanie wystrzelony jednak dopiero w przyszłym roku, oczywiście o ile nie pojawią się kolejne już opóźnienia w pracach.