Primele stele - 750 mil ani după Big Bang

Privind înapoi în timp pe cât de mult a fost posibil, astronomii au constatat că Universul a prezentat unele urme ale existenţei unor elemente grele, cum ar fi carbonul și oxigenul. Despre aceste elemente s-a considerat iniţial că provin din explozia stelelor masive.

Se pare însă că au format piatra de temelie pentru corpurile cereşti şi în cele din urmă pentru viaţa de pe Pământ. În prezent, cercetătorii de la MIT, Institutul de Tehnologie din California şi de la Universitatea din California, San Diego s-au întors înapoi în timp, la epoca primelor stele şi a primelor galaxii şi au descoperit materie fără nici o urmă perceptibilă de elemente grele. Pentru a face această măsurătoare, echipa a analizat spectrul de lumină al celui mai îndepărtat quasar cunoscut, un nucleu galactic  care se află la aproximativ 13 miliarde de ani lumină de Pământ.

Aceste observaţii privitoare la quasar oferă o imagine a Universului nostru în timpul copilăriei sale, la doar 750 milioane ani după explozia iniţială care a creat Universul. Analiza spectrului luminii al quasarului nu a oferit nici o dovadă a existenţei  elementelor grele în compoziţia norului gazos aflat în jurul său. Această constatare sugerează că quasarul datează dintr-o eră apropiată de cea în care au apărut primele  stele din Univers.

„Primele stele s-au format în diferite locaţii ale Universului... nu e ca şi cum s-au născut toate în acelaşi moment”, a explicat profesorul Rober Simcoe, profesor asociat  de fizică la MIT. "Dar acesta este momentul când încep să devină interesante."

Simcoe şi colegii săi au publicat rezultatele acestui studiu la începutul lunii decembrie în revista "Nature".

Lovind "zidul" Universului...

Bazându-se pe numeroase modele teoretice, majoritatea oamenilor de ştiinţă sunt de acord în privinţa unei secvenţe generale a evenimentelor pe parcursul dezvoltării universului timpuriu. Cu aproape 14 miliarde de ani în urmă a  avut loc o explozie imensă, care nu era cunoscută sub numele de Big Bang şi care a aruncat cantităţi masive de materie şi energie, ducând la extinderea rapidă a Universului. În minutele care au urmat exploziei, protonii şi neutronii au intrat în coliziune în urma fuziunii nucleare rezultând hidrogen şi heliu.

În cele din urmă, Universul s-a răcit până la un punct în care s-a oprit fuziunea care a generat aceste elemente de bază, făcând ca  hidrogenul să rămână constituentul  dominant al Universului. Elementele mai grele, cum sunt carbonul şi oxigenul, nu s-au format până când nu au apărut primele stele.

Astronomii au încercat să identifice momentul în care s-au născut primele stele prin analizarea spectrului de lumină provenit  de la mai multe corpuri îndepărtate. Cu cât un obiect este mai îndepărtat  în spațiu, cu atât este mai vechi. Până în prezent, oamenii de ştiinţă au fost doar posibilitatea de a observa obiecte care au mai puțin de aproximativ 11 miliarde de ani. Aceste obiecte prezintă toate elementele grele, sugerând că stelele existau deja din belșug sau cel puțin aveau un rol bine stabilit în acel moment în istoria universului.

"Comunitatea astrofizicii se izbeşte oarecum de acest zid", afirmă Simcoe, un astrofizician de la MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Când a fost descoperit acest  quasar am făcut un salt semnificativ în timp și am făcut o măsurătoare care a fost efectuată cu mult înainte."

Căutând nimic

Quasarul aflat în discuţie, descoperit în august 2011, este cel mai distant din această categorie. Pentru a studia obiecte atât de distante, Simcoe şi colegii săi au conceput un spectofotometru cu infraroşii pe care l-au fixat pe Telescopul Magelan, un telescop terestru masiv aflat în Chile. În luna ianuarie a anului trecut echipa a testat telescopul folosindu-se de acest quasar nou descoperit şi a cules date provenite din spectrul său de lumină.

Spectrometrul a divizat spectrul de lumină sosit în diferite lungimi de undă, pe care echipa le-a reprezentat grafic. Simcoe a încercat să găsească indicii printre date datelor, corelând diferite lungimi de undă ale luminii imprimate de substanţe chimice diferite.

"Fiecare produs chimic are amprenta proprie", afirmă Simcoe. "Plecând de la  modelul cu tipurile de lumină care este absorbită, se poate deduce compoziția chimică."

Simcoe şi colegii săi au stabilit "spectrul intrinsec" al quasarului, cantitatea de lumină naturală emanată de un astfel de organism şi a comparat acest lucru cu datele observate pentru a căuta prezența elementelor grele. Grupul de  cercetători a găsit dovezi ale existenţei  hidrogenului, dar nu au descoperit oxigen, siliciu, fier sau magneziu în datele culese cu ajutorul spectrului de lumină. Dar confirmarea absenţei dovezilor existenţei elementelor grele a fost  o sarcină dificilă.

"Este întotdeauna dificil să se stabilească absenţa unui lucru", afirmă Simcoe.

Pentru a face acest lucru, cercetătorii au luat în considerare orice alt scenariu care ar putea explica spectrele de lumină care au fost observate, inclusiv noile galaxii şi alte tipuri de materiale situate în faţa quasarului. Eforturile lor în cele din urmă au confirmat faptul că spectrul de lumină al quasarului  indica lipsa de elemente grele la 750 de milioane de ani după Big Bang.

"Naşterea primelor stele este unul dintre aceste momente importante din istoria Universului", spune Simcoe. "Au pornit de la a arăta ca şi Universul de la început, care era alcătuit doar din gaze şi materie întunecată şi a ajuns să arate asemeni celui de astăzi, în care există stele și galaxii... e punctul în care Universul a început să semene cu ceea ce pare astăzi. Și este  uimitor cât de devreme se întâmplă acest lucru. Nu a durat mult timp. "

Mergând mai departe, Simcoe speră să analizeze alţi quasari din această epocă timpurie pentru a confirma în continuare absenţa elementelor grele.

"Dacă putem descoperi lucruri în această eră, înseamnă că putem începe să le caracterizăm", afirmă Simcoe. "Există întotdeauna ceva interesant pe muchie."