torstai 31. maaliskuuta 2022

Hubble havaitsi kaukaisimman tunnetun tähden

ESO Tiedejulkaisu 30. maaliskuuta 2022

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.

Toistaiseksi kaukaisin havaittu tähti on merkitty kuvaan nuolella. Sen kuva on vahvistunut ja suurentunut gravitaatiolinssin vaikutuksesta siten, että se on tullut Hubblella havaittavaksi. Ilman gravitaatiolinssiä emme näkisi hyvin varhaisesta maailmankaikkeudesta mitään. Hubble ei pysty havaitsemaan hyvin voimakkaasti punasiirtynyttä tähden valoa kovinkaan tehokkaasti. Sen sijaan kesällä toimintansa aloittava James Webb avaruusteleskooppi pystyy tekemään tästäkin kohteesta hyvin monipuolisia havaintoa. Kuva NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI).  

 
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.



Ei kommentteja:

Lähetä kommentti