Σε μια μελέτη που χρησιμοποίησε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), μια διεθνής ομάδα αστρονόμων, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Cambridge, παρατήρησε έναν πολύ νεαρό γαλαξία στο πρώιμο σύμπαν, αποκαλύπτοντας εκπληκτικές ποσότητες άνθρακα.
Αυτή η ανακάλυψη αμφισβητεί την τρέχουσα κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης των γαλαξιών και των στοιχείων που τα απαρτίζουν.
Στην αστρονομική ορολογία, τα στοιχεία που είναι βαρύτερα από το υδρογόνο ή το ήλιο χαρακτηρίζονται ως μέταλλα. Το πρώιμο σύμπαν αποτελούνταν κυρίως από υδρογόνο, με μικρές ποσότητες ηλίου και ίχνη λιθίου. Οποιοδήποτε άλλο στοιχείο δημιουργήθηκε στους πυρήνες των άστρων και διανεμήθηκε στους γαλαξίες μέσω αστρικών εκρήξεων γνωστών ως supernovas. Αυτή η διαδικασία εμπλούτισε το σύμπαν με μέταλλα, οδηγώντας τελικά στο σχηματισμό βραχώδεις πλανήτες και, τελικά, στη ζωή όπως την ξέρουμε.
Γιατί οι πρώτοι αστέρες αποτελούν το ιερό δισκοπότηρο της χημικής εξέλιξης
Οι πρώτοι αστέρες αποτελούν το ιερό δισκοπότηρο της χημικής εξέλιξης, δήλωσε ο Δρ. Francesco D’Eugenio από το Ινστιτούτο Kavli για την κοσμολογία στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, κύριος συγγραφέας της μελέτης. Καθώς αποτελούνται μόνο από πρωτόγονα στοιχεία, συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά από τους σύγχρονους αστέρες. Μελετώντας το σχηματισμό των πρώτων μετάλλων, μπορούμε να οριοθετήσουμε ένα χρονοδιάγραμμα για τα πρώτα βήματα που οδήγησαν στον σχηματισμό της ζωής.
Ο ρόλος του άνθρακα
Ο άνθρακας, ένα βασικό στοιχείο στην εξέλιξη του σύμπαντος, παίζει καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό κόκκων σκόνης που συσσωρεύονται για να δημιουργήσουν το πρώτο πρωτοπλανητικό υλικό (planetesimals ) και τελικά τους πλανήτες. Είναι επίσης απαραίτητο για το σχηματισμό ζωής στη Γη. Προηγούμενες έρευνες έδειχναν ότι σημαντικές ποσότητες άνθρακα άρχισαν να σχηματίζονται περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Ωστόσο, τα πρόσφατα ευρήματα δείχνουν ότι ο άνθρακας σχηματίστηκε πολύ νωρίτερα, καθιστώντας τον πιθανώς το αρχαιότερο μέταλλο στο σύμπαν.
Η ανίχνευση άνθρακα στον μακρινό γαλαξία
Η ομάδα παρατήρησε έναν πολύ μακρινό γαλαξία, έναν από τους πιο απομακρυσμένους που έχουν εντοπιστεί μέχρι σήμερα, χρονολογούμενο μόλις 350 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, δηλαδή πάνω από 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Αυτός ο γαλαξίας είναι συμπαγής και με χαμηλή μάζα, περίπου 100.000 φορές λιγότερο μαζικός από τον Γαλαξία μας. «Είναι απλά ένα έμβρυο γαλαξία όταν το παρατηρούμε, αλλά θα μπορούσε να εξελιχθεί σε κάτι πολύ μεγάλο, περίπου στο μέγεθος του Γαλαξία μας», σημείωσε ο D’Eugenio. Αλλά για έναν τόσο νεαρό γαλαξία, είναι αρκετά μεγάλος.
Χρησιμοποιώντας τον φασματογράφο κοντινού υπερύθρου (NIRSpec) του Webb, οι ερευνητές διασπάσαν το φως από τον νεαρό γαλαξία σε ένα φάσμα χρωμάτων. Κάθε στοιχείο αφήνει ένα ξεχωριστό χημικό αποτύπωμα στο φάσμα του γαλαξία, επιτρέποντας στην ομάδα να προσδιορίσει τη χημική του σύσταση. Η ανάλυση εντόπισε με βεβαιότητα άνθρακα και προσωρινά αναγνώρισε οξυγόνο και νέον, εν αναμονή περαιτέρω παρατηρήσεων για την επιβεβαίωση αυτών των στοιχείων.
«Εξεπλάγημε που βρήκαμε άνθρακα τόσο νωρίς στο σύμπαν, καθώς πιστεύαμε ότι τα πρώτα αστέρια παρήγαγαν πολύ περισσότερο οξυγόνο από άνθρακα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Καθηγητής Roberto Maiolino, επίσης από το Ινστιτούτο Kavli. «Νομίζαμε ότι ο άνθρακας εμπλουτίστηκε πολύ αργότερα μέσω εντελώς διαφορετικών διεργασιών, αλλά η πρώιμη εμφάνισή του υποδηλώνει ότι τα πρώτα αστέρια μπορεί να συμπεριφέρθηκαν πολύ διαφορετικά».
Ένα μοντέλο προτείνει ότι τα πρώτα αστέρια, κατά την έκρηξή τους ως supernova, απελευθέρωναν λιγότερη ενέργεια από την αναμενόμενη. Σε αυτό το σενάριο, ο άνθρακας, που βρίσκεται στο εξωτερικό κέλυφος των άστρων και είναι λιγότερο βαρυτικά δεσμευμένος από το οξυγόνο, θα μπορούσε να έχει διαφύγει πιο εύκολα και να εξαπλωθεί σε ολόκληρο τον γαλαξία, ενώ μεγάλο μέρος του οξυγόνου θα μπορούσε να έχει επιστρέψει και να καταρρεύσει σε μαύρες τρύπες.
«Αυτές οι παρατηρήσεις μας λένε ότι ο άνθρακας μπορεί να εμπλουτιστεί γρήγορα στο πρώιμο σύμπαν», δήλωσε ο D’Eugenio. «Επειδή ο άνθρακας είναι θεμελιώδης για τη ζωή όπως την ξέρουμε, είναι πιθανό η ζωή να μην εξελίχθηκε απαραίτητα πολύ αργότερα στο σύμπαν. Η ζωή μπορεί να εμφανίστηκε πολύ νωρίτερα, αν και μπορεί να εξελίχθηκε πολύ διαφορετικά από ό,τι συνέβη εδώ στη Γη».
Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει νέες δυνατότητες σχετικά με το χρονοδιάγραμμα της εμφάνισης της ζωής, υποδηλώνοντας ότι η ζωή μπορεί να προέκυψε πολύ νωρίτερα στον κόσμο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.