NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskooppi on luonut poikkeuksellisen uuden vertailukohdan: se on havainnut ensimmäisen miljardin vuoden aikana maailmankaikkeuden syntymän jälkeen universumin alkuräjähdyksessä olemassa olleen tähden valoa – kaukaisimman koskaan nähdyn yksittäisen tähden valoa.
Havainto on valtava harppaus ajassa taaksepäin verrattuna edelliseen yhden tähden ennätykseen, jonka Hubble havaitsi vuonna 2018. Tuo tähti oli olemassa, kun maailmankaikkeus oli noin 4 miljardia vuotta vanha, eli 30 prosenttia nykyisestä iästä. Tähden punasiirtymä on 1,5.
Äskettäin havaittu tähti on niin kaukana, että sen valon saapuminen Maahan on kestänyt 12,9 miljardia vuotta. Valo lähti matkaan, kun maailmankaikkeus oli vain 7 prosenttia nykyisestä iästään ja tähden punasiirtymä on 6,2. Pienimmät ja himmeimmät kohteet, jotka aiemmin nähtiin näin suurelta etäisyydeltä, ovat olleet tähtijoukkoja varhaisissa galakseissa.
"Emme uskoneet sitä aluksi, se oli niin paljon
kauempana kuin edellinen kaukaisin, suurimman punasiirtymän tähti ",
sanoi tähtitieteilijä Brian Welch Johns Hopkins -yliopistosta
Baltimoresta. Hän on löytöä kuvaavan Nature-tiedejulkaisussa julkaisun pääkirjoittaja.
Löytö tehtiin tiedoista, jotka kerättiin Hubblen RELICS-ohjelman (Reionization
Lensing Cluster Survey) aikana, jota johti toinen kirjoittaja Dan Coe
Space Telescope Science Institutesta (STScI).
"Normaalisti näillä etäisyyksillä kokonaiset galaksit
näyttävät pieniltä tahroilta, miljoonien tähtien valo sekoittuu yhteen",
Welch sanoi. "Tätä tähteä isännöivä galaksin kuva on suurennettu ja
vääristynyt gravitaatiolinssien avulla pitkäksi puolikuuksi, jolle annoimme
nimen Auringonnousukaari.” Tutkittuaan galaksia yksityiskohtaisesti Welch
päätteli, että sen yksi piirre on erittäin suurentunut tähti, jota hän kutsui Earendeliksi,
mikä tarkoittaa "aamutähteä" vanhalla englannin kielellä. Löytö on
lupaus tuntemattoman, hyvin varhaisten tähtien muodostumisen aikakauden avauksesta.
"Earendel oli olemassa niin kauan sitten, että siinä
ei ehkä ollut kaikkia samoja alkuaineita kuin ympärillämme olevilla tähdillä
nykyään", Welch selitti. "Earendelin tutkiminen on ikkuna
universumin aikakauteen, jota emme tunne, mutta joka johti kaikkeen siihen mitä
nykyisin tiedämme. Tuntuu kuin olisimme lukeneet todella mielenkiintoista
kirjaa, mutta aloittaneet toisesta luvusta, ja nyt meillä on mahdollisuus
nähdä, miten kaikki sai alkunsa”, Welch sanoi.
"On olemassa pitkäaikainen teoreettinen ennuste,
että tähtien, jotka muodostuvat yksinomaan alkuräjähdyksen jälkeen syntyneistä
alkuaineista – vedystä, heliumista ja vähäisistä määristä litiumia – pitäisi
olla massiivisempia kuin nykyään muodostuvat tähdet", lisäsi ryhmän
jäsen Erik Zackrisson, Uppsalan yliopiston fysiikan ja tähtitieteen
laitokselta. "Nämä ikiaikaiset tähdet, jotka tunnetaan populaatio III
-tähtinä, ovat toistaiseksi jääneet havainnoijien ulkopuolelle, mutta ne voivat
tulla havaittaviksi, jos niiden kuvat suurentuvat gravitaatiolinssin vaikutuksesta,
kuten Earendel tapauksessa.”
Tutkimusryhmä arvioi, että Earendel on vähintään 50 auringonmassainen
ja miljoonia kertoja kirkkaampi, mikä kilpailee massiivisimpien tunnettujen
tähtien kanssa. Mutta edes tällaista loistavaa, erittäin suurimassaista tähteä
olisi mahdoton nähdä niin suurelta etäisyydeltä ilman valtavan galaksijoukon,
tässä tapauksessa WHL0137-08, joka sijaitsee meidän ja Earendelin välissä, tuottaman
luonnollisen suurennuksen avulla. Galaksijoukon massa vääntää avaruuden kudosta
luoden voimakkaan suurennuslasin, joka vääristää ja vahvistaa suuresti takanaan
olevien kaukaisten kohteiden valoa.
Tämä ilmiö saa Earendel-tähden ponnahtamaan ulos kotigalaksinsa
yleisestä hehkusta. Sen kirkkaus suurentuu tuhatkertaisesti tai enemmän. Tässä
vaiheessa tähtitieteilijät eivät pysty määrittämään, onko Earendel kaksoistähti,
mutta useimmissa massiivisissa tähdissä on ainakin yksi pienempi tähtikumppani.
Tähtitieteilijät odottavat, että Earendel pysyy erittäin suurena
tulevina vuosina. NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope [1] havaitsee sitä
myöhemmin vuonna 2022 [2]. Webbin suurta herkkyyttä infrapunavalolle tarvitaan
saadaksemme lisätietoja Earendelistä, koska sen valo venyy (punasiirtymä)
pitemmille infrapuna-aallonpituuksille universumin laajenemisen seurauksena.
"Webin kuvien ja spektrien avulla voimme vahvistaa,
että Earendel on todella tähti, ja määrittää sen ikä, lämpötila, massa ja säde",
selitti tiimin jäsen Jose Maria Diego Espanjan Instituto de Física de
Cantabriasta. "Hubblen ja Webbin havaintojen yhdistäminen antaa meille
mahdollisuuden tutkia myös galaksijoukon mikrolinssejä, jotka voivat sisältää
eksoottisia kohteita, kuten muinaisia mustia aukkoja. ”
Earendelin koostumus kiinnostaa suuresti tähtitieteilijöitä,
koska se muodostui ennen kuin maailmankaikkeus täyttyi peräkkäisten
massiivisten tähtien sukupolvien tuottamilla raskailla alkuaineilla. Jos
seurantatutkimukset osoittavat, että Earendel koostuu vain alkuperäisestä vedystä
ja heliumista, se olisi ensimmäinen todiste legendaarisista populaatio III
-tähdistä, joiden oletetaan olevan ensimmäisiä alkuräjähdyksen jälkeen
muodostuneita tähtiä. Vaikka todennäköisyys on pieni, Welch myöntää, että se on
silti houkutteleva.
"Webillä saatamme nähdä tähdet jopa kauempana kuin
Earendel, mikä olisi uskomattoman jännittävää", Welch sanoi. "Palaamme
ajassa niin pitkälle taaksepäin kuin voimme. Haluaisin nähdä Webbin rikkovan
Earendelin etäisyysennätyksen.”
Huomautuksia
[1] James Webb avaruusteleskooppi laukaistiin avaruuteen joulukuussa
2021 Ariane 5 -raketilla Euroopan avaruuskeskuksesta Ranskan Guayanasta. James
Webb Space Telescope on kansainvälinen projekti, jota NASA johtaa yhteistyössä
ESAn ja Kanadan avaruusjärjestön kanssa.
[2] Earendeliä tullaan havaitsemaan James Webb
-avaruusteleskoopilla osana sen havainnointiohjelmaa.