Astronomové objevili vzdálené oblaky plynu s pozůstatky prvních hvězd

Tisková zpráva ESO2306 - 3. května 2023

„Vůbec poprvé se nám podařilo identifikovat chemické stopy explozí prvních hvězd ve velmi vzdálených plynných mračnech,“ říká doktorandka Andrea Saccardi (Observatoire de Paris – PSL),  který vedla tuto studii během při práci na své disertaci (University of Florence).

Vědci se domnívají, že první hvězdy, které se ve vesmíru zformovaly, se velmi lišily od těch, které vidíme dnes. Když se před 13,5 miliardami let zrodily, obsahovaly pouze vodík a helium, nejjednodušší chemické prvky v přírodě [1]. Tyto hvězdy, u nichž se předpokládá, že byly až stokrát hmotnější než naše Slunce, rychle zanikly mohutnými explozemi známými jako supernovy, čímž se okolní plyn poprvé obohatil o těžší chemické prvky. Z takto obohaceného plynu se zrodily pozdější generace hvězd, které při svém zániku také produkovaly těžší prvky. První hvězdy však zanikly již velmi dávno. Jak se o nich tedy vědci mohou dozvědět více? „Prvotní hvězdy lze zkoumat nepřímo, a to na základě detekce chemických prvků, které se v závěru jejich existence rozptýlily do okolí,“ říká profesorka Stefania Salvadori (University of Florence), spoluautorka studie publikované v časopise Astrophysical Journal.

Na základě dat pořízených pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) v Chile se týmu podařilo nalézt tři velmi vzdálené oblaky plynu, které pozorujeme tak, jak vypadaly v době, kdy se stáří vesmíru pohybovalo jen kolem 10–15 % současného věku. Jejich chemické složení odpovídá tomu, jaké očekáváme po explozí prvních hvězd. V závislosti na hmotnosti těchto raných hvězd a energii exploze uvolňovaly tyto první supernovy různé chemické prvky, jako je uhlík, kyslík a hořčík, které se vyskytují ve vnějších vrstvách hvězdných obálek. Některé z těchto explozí však neměly dost energie na to, aby se uvolnily ještě těžší prvky, jako je železo, které se nachází pouze v jádrech hvězd. Při hledání pozůstatků prvních hvězd, které explodovaly jako supernovy s nízkou energií, proto členové týmu pátrali po vzdálených oblacích plynu chudých na železo, ale bohatých na ostatní prvky. A trojici takových vzdálených oblaků v raném vesmíru se jim skutečně podařilo nalézt.

Neobvyklé chemické složení je pozorováno i u mnoha starých hvězd v naší Galaxii, které vědci považují za hvězdy takzvané druhé generace, jež vznikly přímo z „popela“ těch vůbec prvních. V rámci této studie se vědcům podařilo nalézt tento popel v raném vesmíru a přidali tak další chybějící díl do této komplikované skládanky. „Náš objev otevírá nové možnosti nepřímého studia povahy prvních hvězd a doplňuje tak výzkum hvězd v naší galaxii,“ vysvětluje Stefania Salvadori.

K detekci a studiu těchto vzdálených oblaků plynu použil tým jasné objekty známé jako kvazary – velmi intenzivní zdroje záření poháněné superhmotnými černými dírami v centrech vzdálených galaxií. Jak záření z kvazaru putuje vesmírem, prochází oblaky plynu, jejichž chemické složení zanechá ve světle svůj otisk.

K nalezení těchto chemických stop tým analyzoval pozorování několika kvazarů získaná přístrojem X-shooter pracujícím ve spojení s dalekohledem ESO/VLT. Spektrograf X-shooter rozkládá světlo na základní složky a pokrývá extrémně široký rozsah vlnových délek (chcete-li barev), což z něj činí jedinečné zařízení, s jehož pomocí lze identifikovat mnoho různých chemických prvků nejen v těchto vzdálených mračnech.

Naše studie otevírá nová okna pro dalekohledy a přístroje příští generace, jako je například připravovaný dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope) a jeho spektrograf s vysokým rozlišeném ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph). „Pomocí přístroje ANDES a dalekohledu ELT budeme moci podrobněji studovat mnoho těchto vzácných plynných mračen a budeme schopni konečně odhalit dosud záhadnou povahu prvních hvězd,“ dodává spoluautorka studie Valentina D'Odorico (National Institute of Astrophysics in Italy).

Poznámky

[1] Několik minut po velkém třesku se ve vesmíru vyskytovaly pouze tři nejlehčí chemické prvky: vodík, helium a malé množství lithia. Těžší prvky vznikly až mnohem později – v nitrech hvězd.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku, který byl puzblikován ve vědeckém časopise Astrophysical Journal (doi: 10.3847/1538-4357/acc39f).

Složení týmu: Andrea Saccardi (Observatoire de Paris, Université PSL, Francie; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Itálie [UFlorence]), Stefania Salvadori (UFlorence; INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itálie), Valentina D’Odorico (Scuola Normale Superiore, Itálie; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Itálie [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Itálie [IFPU]), Guido Cupani (INAF Trieste; IFPU), Michele Fumagalli (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Itálie; INAF Trieste), Trystyn A. M. Berg (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Itálie), George D. Becker (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), Sara Ellison (Department of Physics & Astronomy, University of Victoria, Kanada), Sebastian Lopez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile).

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ku prospěchu všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících otázek a šíření fascinace astronomií. Podporujeme mezinárodní spolupráci v astronomii. ESO byla založena jako mezivládní organizace v roce 1962 a dnes ji tvoří 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojice strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálie. Ústředí ESO, návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází v blízkosti Mnichova v Německu, zatímco chilská poušť Atacama, úžasné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, hostí naše dalekohledy. ESO provozuje tři observatoře: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na hoře Paranal jsou to dalekohled VLT (Very Large Telescope) a interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometer), stejně jako dva přehlídkové teleskopy – VISTA pracující v infračervené oblasti a VST (VLT Survey Telescope) pro viditelné světlo. Na Observatoři Paranal bude ESO také hostit a provozovat pole teleskopů CTAS (Cherenkov Telescope Array South) pro detekci Čerenkovova záření v atmosféře – největší a nejcitlivější observatoř gama záření na světě. Společně s mezinárodními partnery provozuje ESO teleskopy pro milimetrovou a submilimetrovou oblast APEX a ALMA pracující na planině Chajnantor. Na hoře Cerro Armazones poblíž Paranalu stavíme nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled, Extremly Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“. Z našich kanceláří v Santiagu řídíme naši činnost v Chile a spolupráci s místními partnery a veřejností.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky dalekohledu VLT
• pro novináře: tiskové zprávy pod embargem ve vašem jazyce (REGISTRACE)
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Anežka Kabátová; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Email: j.srba@seznam.cz

Andrea Saccardi; GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS; Paris, France; Mobil: +39 3408796870; Email: andrea.saccardi@observatoiredeparis.psl.eu

Stefania Salvadori; University of Florence; Florence, Italy; Tel.: +39 055 2755222; Email: stefania.salvadori@unifi.it

Valentina D’Odorico; INAF Osservatorio Astronomico di Trieste; Trieste, Italy; Tel.: +39 040 3199217; Email: valentina.dodorico@inaf.it

Juan Carlos Muñoz Mateos; ESO Media Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6176; Email: press@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva Evropské jižní observatoře (ESO2306, 3. května 2023)