Μετρήσαμε το φως των πρώτων άστρων, Light From Universe's First Stars Seen

Οι μετρήσεις του τηλεσκοπίου Fermi συγκριτικά με άλλα γνωστά χαρακτηριστικά της κοσμικής ιστορίας. Ο σχηματισμός των άστρων κορυφώθηκε όταν το σύμπαν ήταν περίπου 3 δισεκατομμυρίων ετών.

Ultraviolet and visible light emitted by all the stars that ever existed is still coursing through the universe. Astronomers refer to this "fog" of starlight as the extragalactic background light (EBL). Image released Nov. 1, 2012. CREDIT: NASA's Goddard Space Flight Center

Με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Fermi ομάδα επιστημόνων στην Αυστρία κατάφερε να εντοπίσει το φως των πρώτων άστρων που δημιουργήθηκαν στο Σύμπαν. Η ανακάλυψη αναμένεται να προσφέρει νέα στοιχεία για τις διεργασίες που οδήγησαν στη γέννηση των άστρων και των γαλαξιών αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, μέσα από το καυτό νέφος υδρογόνου.

Το εξωγαλαξιακό φως

Το φως των πανάρχαιων και πολύ μακρινών άστρων είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρηθεί με άμεσο τρόπο. Όμως το φως των πρώτων άστρων αποτελεί μέρος μιας διάχυτης ομίχλης φωτονίων που είναι γνωστή με τον όρο «Εξωγαλαξιακό Φως Υποβάθρου». Το εξωγαλαξιακό φως διαπερνά όλο το Σύμπαν και στην ουσία αυτό το φως αποτελεί ένα κοσμικό ημερολόγιο αφού σε αυτό υπάρχουν δεδομένα για όλα τα άστρα που υπήρξαν ποτέ στο Σύμπαν. 

Τα μπλάζαρ

Το πρόβλημα είναι ότι οι εκπομπές φωτός από το  ηλιακό μας σύστημα και τον Γαλαξία μας καθιστούν εξαιρετικά δύσκολη την παρατήρηση του εξωγαλαξιακού φωτός. Γι αυτό και οι επιστήμονες επιλέγουν ως καλύτερους στόχους για παρατήρηση τα λεγόμενα μπλάζαρ. Πρόκειται για πολύ μακρινούς γαλαξίες με τεράστιες μελανές οπές, το φως των οποίων διαπερνά το εξωγαλαξιακό φως με τρόπο ανάλογο με εκείνον που το φως ενός προβολέα διαπερνά την ομίχλη.

Gamma rays interact with the EBL, which gives astronomers a means to probe the stellar content of the cosmos. Image released Nov. 1, 2012. CREDIT: NASA's Goddard Space Flight Center

Από τις μαύρες τρύπες των μπλάζαρ εκπέμπονται στο Διάστημα εξαιρετικής ενέργειας ακτίνες γάμμα. Σύμφωνα με τους ειδικούς από τα μπλάζαρ εκπέμπονται φωτόνια με ενέργειες μεγαλύτερες από 10 GeV – ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια των φωτονίων του ορατού φωτός. Όσο μακρύτερα από εμάς βρίσκεται ένα μπλάζαρ, τόσο περισσότερο θα εμφανίζεται «σβησμένη» η ακτινοβολία γάμμα που εκπέμπει καθώς θα περνά από το εξωγαλαξιακό φως υποβάθρου. Καθώς οι επιστήμονες είχαν ξεχωριστά στοιχεία για το πόσο λαμπρά θα έπρεπε να είναι τα μπλάζαρ και πόσο μακριά από εμάς, μπόρεσαν να υπολογίσουν πόσο «σβήστηκαν» από το εξωγαλαξιακό φως οι ακτίνες γάμμα που αυτά εκμπέμπουν. Έτσι υπολόγισαν και την ένταση του εξωγαλαξιακού φωτός. Αν από αυτό αφαιρέσει κανείς τη γνωστή ένταση των νεότερων άστρων και γαλαξιών, το υπόλοιπο πρέπει να είναι το φως από την πρώτη γενεά άστρων.

Η ανακάλυψη

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Ίνσμπρουκ μελέτησαν 150 μπλάζαρ από τα περισσότερα από 1000 που έχει εντοπίσει το Fermi. H κρατούσα θεωρία αναφέρει ότι τα πρώτα άστρα είχαν τουλάχιστον 100 φορές μεγαλύτερη μάζα από εκείνη του Ήλιου. Οι ερευνητές μελετώντας τα νέα δεδομένα που συνέλεξαν και συγκρίνοντας τα με τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα για τη δομή του εξωγαλαξιακού φωτός κατέληξαν σε μια σειρά από συμπεράσματα.

Oι πράσινες κουκκίδες δείχνουν τις θέσεις των 150 Blazars που χρησιμοποιεί το τηλεσκόπιο Fermi για την μελέτη του Εξωγαλαξιακού Φωτός Υποβάθρου – Εxtragalactic Βackground Light (EBL)

This plot shows the locations of 150 blazars (green dots) used in the EBL study. Image released Nov. 1, 2012. CREDIT: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των ερευνητών, η δημιουργία της πρώτης γενεάς άστρων έφθασε στο απώγειό τη αφού πέρασαν τουλάχιστον 500 εκατομμύρια έτη μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Μια δεύτερη διαπίστωση των ερευνητών είναι ότι πρώτη γενεά άστρων σχηματίστηκε με πολύ πιο αργό ρυθμό από εκείνο που προβλέπουν πολλά μοντέλα. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Science Express.

Δείτε ένα καταπληκτικό βίντεο όπου καταγράφεται η πορεία των ακτίνων γάμμα στον χώρο και τον χρόνο, από την εκπομπή τους από τον πίδακα ενός Blazar μέχρι την άφιξή του στο τηλεσκόπιο Fermi:

Light from the first stars ever formed in the universe has been detected by studying observations of supermassive black holes' blazar jets by the Fermi Gamma-Ray Space Telescope.