Jak wyglądały pierwsze gwiazdy? Jak wyglądała ich ewolucja? Astronomowie mają hipotezy, ale brakuje im obserwacyjnych dowodów w celu ich weryfikacji. Pierwsze gwiazdy są tak odległe i powstały tak dawno temu, że są niewidoczne nawet dla największych teleskopów. Przynajmniej, dopóki nie wybuchną.

Hypernowe (kuzynki supernowych o większej mocy) i związane z nimi błyski gamma oferują astronomom możliwość zarejestrowania światła dochodzącego z pierwszej generacji gwiazd we Wszechświecie.

Swift, satelita wystrzelony przez NASA, zarejestrował już błysk gamma (GRB – gamma ray burst) o przesunięciu ku czerwieni 6.29. Oznacza to, że gwiazda odpowiedzialna za tą eksplozję wybuchła około 13 miliardów lat temu, kiedy Wszechświat miał mniej niż miliard lat. Teoretycy, Volker Brommz University of Texas w Austin i Avi Loeb z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, przewidują że około jednej dziesiątej błysków zauważonych przez Swifta w czasie jego życia będzie pochodzić od gwiazd o przesunięciu ku czerwieni większym niż 5, czyli takich które żyły i wybuchły w czasie pierwszego miliarda lat istnienia Wszechświata.

Większość z błysków będzie pochodzić z gwiazd drugiej lub późniejszych generacji” – mówi Loeb. – “Ale jeśli będziemy mieć szczęście, Swift może wykryć błysk pochodzący od jednej z pierwszych gwiazd jakie kiedykolwiek powstały – gwiazdy złożonej wyłącznie z wodoru i helu“.

Obliczenia sugerują, że gwiazdy te, zwane z historycznych przyczyn gwiazdami Populacji III, powinny mieć masy w przedziale od 50 do 500 mas Słońca. Spalałyby swoje jądrowe paliwo w bardzo szybkim tempie, kończąc swoje życie eksplozją.

Obecnie wydaje nam się, że ostatni błysk gamma nie pochodził od gwiazdy Populacji III. Tym niemniej, jego duże przesunięcie ku czerwieni czyni go bardzo interesującym” – powiedział Bromm.

Jednym z kluczowych pytań na które Bromm i Loeb usiłowali odpowiedzieć, brzmiało czy gwiazda Populacji III jest w stanie wyprodukować błysk gamma. Według nich pierwsze gwiazdy były wystarczająco masywne aby zakończyć swoje życie w wybuchu pozostawiając, w najczęstszym wypadku, czarną dziurę jako swoją pozostałość. Żeby jednak wyprodukować błysk gamm musiałyby wchodzić w skład ciasnego układu podwójnego.

Bliski towarzysz byłby w stanie pozbawić umierającą gwiazdę jej zewnętrznych warstw. Dżety pochodzące z bliskiego otoczenia nowo powstałej czarnej dziury mogłyby dzięki temu łatwiej “przebić się na zewnątrz”, tworząc błysk gamma.

Około połowy pobliskich nam gwiazd wchodzi w skład układów wielokrotnych. Jednakże częstość występowania ciasnych układów podwójnych pośród gwiazd Populacji III pozostaje nieznana.

Astronomowie będą próbowali podejść do tego zagadnienia od dwóch stron, jak twierdzi Bromm. Z jednej, poszukując błysków gamm o dużych przesunięciach ku czerwieni, z drugiej doskonaląc modele numeryczne powstawania pierwszych gwiazd.

Jeżeli układy podwójne występują często wśród gwiazd Populacji III, wtedy błyski gamma o dużych przesunięciach ku czerwieni dostarczyłyby astronomom dobrego narzędzia do badania pierwszej generacji gwiazd.

Autor

Kacper Kornet