Astronomowie odkrywają jedną z najstarszych gwiazd we wszechświecie. Jesteśmy coraz bliżej Wielkiego Wybuchu

Wyobraź sobie, że stoisz na pustej polanie w środku zimowej, mroźnej, bezchmurnej nocy. Księżyc schowany jest pod horyzontem. Spoglądasz w niebo i widzisz mrowie gwiazd. Wzrok masz już przyzwyczajony do ciemności, bo stoisz tu od co najmniej godziny, w promieniu kilkudziesięciu kilometrów nie ma żadnego dużego miasta, a najbliższe zabudowania znajdują się dobre 5 kilometrów stąd.

Nigdy w życiu nie widziałaś tylu gwiazd na raz. Przez chwilę próbujesz je liczyć, ale po kilkudziesięciu się poddajesz, bo im dokładniej się przyglądasz niebu, tym więcej gwiazd dostrzegasz. Zapewne są ich całe miliony — kwitujesz w myślach. Akurat tutaj nie masz racji, bowiem z powierzchni całej Ziemi gołym okiem widać zaledwie około 5000 gwiazd, przy czym połowa zawsze zasłonięta jest przez Ziemię, więc w idealnych warunkach, przy doskonałym wzroku zobaczysz zapewne najwyżej połowę z tego. Trudno. Swoją drogą, warto wtedy pomyśleć, że tylko w naszej galaktyce są nie miliony gwiazd, a miliardy — i to około czterystu miliardów. Dużo? Fakt, zresztą zobacz, ile gwiazd dostrzegł w Galaktyce Andromedy Kosmiczny Teleskop Hubble'a (koniecznie włącz na całym ekranie i zaznacz jak najwyższą jakość, gwiazd jest tam naprawdę dużo)

Widzisz więc jedynie te najbliższe i najjaśniejsze, zatem tak naprawdę gołym okiem zbyt wiele nie widać. Nie zobaczysz nawet najbliższej nam gwiazdy, Proximy Centauri, bo choć znajduje się najbliżej, to świeci tak słabo, że nie da się jej dostrzec na niebie.

Patrząc jednak na nocne niebo, orientujesz się, że jedne gwiazdy zapewne są dużo większe od innych, jedne są gorętsze od drugich, jedne są bardziej czerwone, drugie bardziej niebieskie.

Faktycznie gwiazdy różnią się od siebie nie tylko rozmiarami, temperaturą, czy barwą, ale także wiekiem i długością życia. Co do zasady gwiazdy olbrzymie żyją niezwykle intensywnie, ale bardzo krótko. Największe obecnie istniejące gwiazdy żyją zaledwie po kilka-kilkanaście milionów lat. Na drugim krańcu są np. czerwone karły (takie jak najbliższa nam Proxima Centauri). Teoretycznie mogą one istnieć przez nawet 10 bilionów lat. Tak, bilionów, czyli tysięcy miliardów. Biorąc to pod uwagę, wszystkie istniejące czerwone karły nawet jeszcze ze żłobka nie wyszły. Cały wszechświat ma bowiem zaledwie 13,7 mld lat, a więc nawet najstarsze czerwone karły wciąż mają przed sobą bardzo długi żywot.

Astronomowie badający ewolucję gwiazd na przestrzeni wieku wszechświata niemal 80 lat temu wpadli na pomysł, aby je podzielić w zależności od tego, kiedy powstały. Jak można tego dokonać?

Tuż po Wielkim Wybuchu wszechświat był ciemnym miejscem wypełnionym jedynie wodorem, helem i śladowymi ilościami litu. Żadnych innych pierwiastków we wszechświecie nie było. Pierwsze gwiazdy, które powstały i niejako rozświetliły młody wszechświat, powstawały właśnie z wodoru i helu. Ich metaliczność, czyli zawartość pierwiastków ciężkich, była zerowa. W toku ewolucji gwiazd, w ich wnętrzach syntetyzowane były kolejne coraz cięższe pierwiastki. Jeżeli gwiazda była odpowiednio masywna, pod koniec życia eksplodowała jako supernowa, w samym wybuchu syntetyzując dodatkowe pierwiastki. Tak powstałe pierwiastki w eksplozjach pod koniec życia „rozsiewane były po wszechświecie” i wzbogacały w metale kolejne obłoki wodoru i helu, z których następnie powstawały kolejne gwiazdy, które miały już w sobie niewielkie domieszki metali pochodzące z tych pierwszych gwiazd. W ten sposób dochodzimy do najmłodszych gwiazd, które powstały w ciągu ostatnich kilku miliardów lat.

Naukowcy ustalili zatem, że młode gwiazdy, takie jak Słońce i większość gwiazd tworzących ramiona spiralne galaktyki to gwiazdy populacji I. Najstarsze znane gwiazdy, które można znaleźć w zgrubieniu centralnym galaktyki, w gromadach kulistych krążących wokół dysku galaktyki i które charakteryzujące się niską metalicznością (zawartością metali) to gwiazdy populacji II. Pierwsze gwiazdy, które powstały we wszechświecie z samego wodoru i helu, odpowiedzialne za rozświetlenie ponurego wszechświata to z kolei gwiazdy populacji III.

Od dziesięcioleci trwa swego rodzaju wyścig, w którym naukowcy starają się znaleźć najstarszą istniejącą gwiazdę. Mają nadzieję na to, że uda się trafić na gwiazdę populacji III, która powstała bezpośrednio z materii istniejącej jeszcze w ciemnym wszechświecie.

Mowa o gwieździe znajdującej się w pobliskiej - oddalonej od nas o zaledwie 280 000 lat świetlnych - karłowatej galaktyce Karzeł Rzeźbiarza. Według astronomki Ásy Skúladóttir AS0039 jest gwiazdą o najniższej dotąd odkrytej metaliczności spośród wszystkich gwiazd. Co więcej, w jej składzie nawet węgla jest mniej niż we wszystkich innych znanych gwiazdach.

Wstępne badania wskazują, że udało się odkryć gwiazdę, która powstała z materii powstałej w wybuchu gwiazdy III populacji. Nie mamy zatem do czynienia bezpośrednio z jedną z pierwszych gwiazd we wszechświecie, ale już z gwiazdą, która powstała bezpośrednio z takiej gwiazdy. To wprost fenomenalne odkrycie. Sama galaktyka, w której się owa gwiazda znajduje, należy do starych i ubogich w metale. Zawartość metali w Karle Rzeźbiarza wynosi zaledwie 4 proc. tego co w Drodze Mlecznej. Mimo to AS0039 jest wciąż nietypowo uboga w metale nawet jak na taką galaktykę.

Po szczegółowej analizie zawartości poszczególnych pierwiastków takich jak węgiel, żelazo, magnez, wapń oraz tytan w gwieździe, naukowcy w drodze symulacji doszli do wniosku, że musiała ona powstać z obłoku, który został wzbogacony w metale wskutek eksplozji hipernowej. Gwiazda, która skończyła żywot w owej eksplozji, najprawdopodobniej była gwiazdą III populacji o masie 21 razy większej od Słońca.

Dokładne badania gwiazdy AS0039 w najbliższych latach pozwolą naukowcom choć trochę dotknąć czasów, w których gwiazdy powstawały we wszechświecie tylko z wodoru i helu, co z pewnością będzie ekscytujące. Z pewnością jednak pewien niedosyt pozostaje, a więc poszukiwania prawdziwej pierwszej gwiazdy, gwiazdy III populacji będą trwały. Jesteśmy wszak zbyt blisko, aby teraz odpuścić.