První generace hvězd ve vesmíru konečně pozorována

ESO 024/15 tisková zpráva

Pomocí dalekohledu VLT byla objevena nejjasnější vzdálená galaxie se známkami hvězd III. populace

Astronomové pracující s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope) objevili dosud nejjasnější galaxii v mladém vesmíru a zároveň přinesli důkazy, že by se v ní mohly nacházet hvězdy první generace. Tyto velmi hmotné a jasné stálice, jejichž existence byla dosud otázkou čistě teoretickou, byly prvními továrnami na těžké prvky v raném vesmíru. A tyto chemické prvky jsou naprosto nezbytné k tomu, aby ve vesmíru mohly vzniknout hvězdy, jaké vidíme dnes, planety, které kolem nich obíhají, a život, jak jej známe. Tato nově objevená galaxie nese označení CR7 a je třikrát jasnější, než dosud nejjasnější vzdálená galaxie, jakou jsme ve vesmíru dosud znali.

Astronomové již před mnoha desítkami let teoreticky navrhli existenci první generace hvězd, která je známa pod označením III. populace. Tyto hvězdy vznikly z primordiální hmoty vytvořené při velkém třesku [1]. Všechny těžké chemické prvky – jako kyslík, dusík, uhlík, železo a další, které jsou pro život naprosto nepostradatelné – byly však vytvořeny až následně v nitrech těchto hvězd. To znamená, že první hvězdy musely být složeny pouze z prvků, které byly k dispozici krátce po velkém třesku: z vodíku, hélia a malého množství lithia.

Hvězdy III. populace musely být obrovské (několik set krát, možná i tisíckrát hmotnější než Slunce), mimořádně horké a jejich doba života byla na hvězdné poměry kratičká (po dvou milionech let explodovaly jako supernovy). Až dosud však bylo pátrání po důkazech jejich existence v podstatě neúspěšné [2]. 

Tým astronomů pod vedením David Sobrala (Institute of Astrophysics and Space Sciences, Faculty of Sciences, University of Lisbon, Portugalsko, a Leiden Observatory, Nizozemí) využil dalekohled ESO/VLT (Very Large Telescope), aby pohlédl hluboko do minulosti vesmíru až do období reionizace, které nastalo asi 800 milionů let po velkém třesku. Místo toho, aby se soustředili na drobnou část oblohy s velkým dosahem, pokusili se zaznamenat širší zorné pole a získali tak nejrozsáhlejší přehlídku velmi vzdálených galaxií, jaká byla kdy provedena.    

Tato rozsáhlá studie využívala dalekohledů ESO/VLT, Keck (W. M. Keck Observatory, Havaj, USA), Subaru (Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan) a kosmického teleskopu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope). Členům týmu se podařilo objevit a potvrdit existenci řady překvapivě jasných velmi mladých galaxií. Ukázalo se, že jedna z nich, označená kódem CR7 [3], je mimořádně vzácným objektem – dosud nejjasnější galaxií jaká byla kdy pozorována v takto rané vývojové fázi vesmíru [4]. Již samotný objev těchto objektů by byl úspěchem, ale následná podrobná analýza dat poskytla další velmi zajímavé výsledky.

Pomocí přístrojů X-shooter a SINFONI, které pracují ve spojení s dalekohledem VLT, se podařilo nalézt velmi silnou emisi ionizovaného helia v galaxii CR7. Co je ale podstatné a překvapivé, v nejjasnější části galaxie nebyly pozorovány žádné těžší prvky. To by mohlo znamenat, že se členům týmu podařilo objevit první spolehlivé pozorovací důkazy existence III. populace hvězd, které ionizovaly plyn v galaxiích v raném vesmíru [5]

„Tento objev předčil naše očekávání od samotného počátku. Ani jsme nedoufali, že bychom mohli nalézt takto jasnou galaxii,“ říká David Sobral. „Když se následně ukázalo, co je CR7 zač, došlo nám, že jsme objevili nejzářivější vzdálenou galaxii, která má navíc veškeré vlastnosti, jaké bychom očekávali v přítomnosti hvězd III. populace. To jsou hvězdy, které ve svých nitrech vytvořili první těžší chemické prvky, a tím umožnily, že jsme tady. Vědecká práce snad ani nemůže být víc vzrušující.“   

V galaxii CR7 byly objeveny namodralé a načervenalé shluky hvězd, což by mohlo naznačovat, že vznik hvězd III. populace probíhal – tak jak bylo předpovězeno - v etapách. Týmu se podařilo přímo pozorovat pravděpodobně poslední záchvěv formování hvězd III. populace, což naznačuje, že tyto hvězdy by mělo být možné objevit mnohem snadněji, než se dříve myslelo: nacházejí se mezi ostatními hvězdami i v jasnějších galaxiích. Nejen v těch nejstarších, nejmenších a nejméně jasných, které jsou natolik slabé, že jejich výzkum je mimořádně obtížný. 

Jorryt Matthee, spoluautor článku k objevu dodává: „Vždy jsem si kladl otázku odkud pocházíme. Dokonce jako dítě jsem si přál vědět, kde se vzaly chemické prvky: vápník v kostech, uhlík ve svalech nebo železo v krvi. Dozvěděl jsem se, že vznikly na počátku vývoje vesmíru a že je vytvořily první generace hvězd. A tento náš pozoruhodný objev umožnil takové hvězdy poprvé spatřit.“

Následná pozorování pomocí dalekohledů VLT, ALMA a HST jsou plánována, aby nade vši pochybnost potvrdila, že se skutečně jedná o hvězdy III. populace. Jejich úkolem bude rovněž nalézt další galaxie, jako je CR7.
 

Zdroj

Poznámky

[1] Označení III. populace je dáno historicky. Astronomové totiž v minulosti rozdělili hvězdy naší Galaxie na I. populaci (hvězdy, které jsou, podobně jako Slunce, bohaté na těžké prvky a které nacházíme v disku Galaxie), hvězdy II. populace (starší hvězdy s nízkým obsahem těžších prvků, které nacházíme ve výduti a halu Galaxie a v kulových hvězdokupách).

[2] Objevit takové hvězdy je nesmírně obtížné: jejich doba života by měla být velmi krátká a probíhala převážně v období, kdy byl vesmír pro záření z větší části neprůhledný. Předchozí pokusy o jejich detekci byly publikovány v řadě prací: Nagao a kol., 2008 (ionizované hélium nebylo detekováno); De Breuck a kol., 2000 (ionizované hélium bylo sice detekováno, ale zároveň také uhlík a kyslík, rovněž byly nalezeny jasné zámky aktivního galaktického jádra) a Cassata a kol., 2013 (ionizované hélium bylo sice detekováno, ale signál měl velmi malou ekvivalentní šířku a nízkou intenzitu, zachycen byl i uhlík a kyslík).

[3] Zkratka CR7 označuje COSMOS Redshift 7. Rudý posuv je míra vzdálenosti (a časové odlehlosti v kosmickém měřítku). Čím vyšší je hodnota rudého posuvu, tím vzdálenější objekt pozorujeme a tím hlubší je (ve smyslu času) náš pohled do minulosti vesmíru. Například objekt A1689-zD1, jedna z nejvzdálenějších a tedy nejmladších pozorovaných galaxií (vidíme ji tak, jak vypadala v dávné minulosti), má rudý posuv 7,5.

Přezdívku CR7 používá portugalský fotbalista Cristiano Ronaldo a označení galaxie bylo touto jeho  přezdívkou inspirováno.

[4] Galaxie CR7 je třikrát jasnější než předešlý rekordman, objekt Himiko, o kterém se vědci domnívali, že by mohl být stejného typu. Galaxie s vysokým obsahem prachu v pozdějších fázích vývoje vesmíru, mohou vyzařovat mnohem vyšší celkové množství energie než CR7 (ve formě infračerveného záření emitovaného horkým prachem). Energie, přicházející z galaxie CR7 byla vyzářena převážně v ultrafialovém pásmu a viditelném světle. 

[5] Členové týmu předpokládali dvě alternativní teorie: zdrojem světla mohlo být buď aktivní galaktické jádro (AGN) nebo takzvané Wolf-Rayetovy hvězdy. Nedostatek těžkých prvků a další důkazy však obě tyto teorie vyloučily. Rovněž byla zvážena možnost, že by se mohlo jednat o přímo kolabující černou díru, která sama je mimořádně vzácným a zatím čistě teoretickým objektem. Nenalezení silné emisní čáry a fakt, že vodík a helium zářily mnohem více, než bylo předpovězeno pro takový typ černé díry, ukázaly, že i tato varianta je nepravděpodobná. Nezachycení rentgenové emise zcela vyvrátilo i tuto možnost. Další následná pozorování je potřeba provést.

Další informace

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek
• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

David Sobral; Universidade de Lisboa and Leiden University; Lisbon / Leiden, Portugal / The Netherlands; Tel.: +351 916 700 769; Email: sobral@iastro.pt

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

João Retrê; Coordinator, Science Communication and Outreach Office, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço; Lisbon, Portugal; Tel.: +351 21 361 67 49; Email: jretre@iastro.pt