Αστροφυσικοί που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έκαναν μια πρωτοποριακή ανακάλυψη. Εντόπισαν μια σημαντική παρουσία μετάλλων σε έναν γαλαξία μόλις 350 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή η αποκάλυψη αμφισβητεί την κατανόησή μας για το πρώιμο Σύμπαν και θέτει ενδιαφέροντα ερωτήματα σχετικά με την προέλευση των πρώτων μετάλλων του.

Στον απόηχο της Μεγάλης Έκρηξης, το σύμπαν αποτελούνταν κυρίως από υδρογόνο, με ίχνη ηλίου, λιθίου και ελάχιστη ποσότητα βηρυλλίου. Με αστρονομικούς όρους, όλα τα στοιχεία πέρα από το υδρογόνο και το ήλιο αναφέρονται ως μέταλλα. Τα μέταλλα σχηματίζονται αποκλειστικά σε αστέρια, ένα φαινόμενο που δεν επαναλαμβάνεται αλλού, εκτός από τις μικροσκοπικές ποσότητες που δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια της ίδιας της Μεγάλης Έκρηξης.

Η κατανόηση της εξέλιξης του περιεχομένου μετάλλων του Σύμπαντος, γνωστή ως μεταλλικότητα, είναι μια κομβική επιδίωξη στην αστροφυσική. Η παρουσία μετάλλων είναι απαραίτητη για το σχηματισμό βραχωδών πλανητών και, κατά συνέπεια, τη δυνατότητα για ζωή. Κατά τη διάρκεια των διαδοχικών αστρικών γενεών, η μεταλλικότητα του Σύμπαντος έχει αυξηθεί, διαμορφώνοντας μια τροχιά από την έναρξη των πρώτων μετάλλων μέχρι την τρέχουσα κατάσταση.

Η Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb εστιάζει στην εξερεύνηση αρχαίων γαλαξιών, προσφέροντας πληροφορίες για τη μεταλλικότητά τους. Σε μια πρόσφατη μελέτη με τίτλο “JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang in a gas-rich galaxy”, ερευνητές, με επικεφαλής τον αστροφυσικό Francesco D’Eugenio από το Ινστιτούτο Kavli για την Κοσμολογία στο Κέιμπριτζ, εξέτασαν έναν γαλαξία σε z=12,5 κοντά στη Κοσμική Αυγή.

Το James Webb φωτογραφίζει την καρδιά του Γαλαξία και το θέαμα κόβει την ανάσα

Τα αστέρια του Population III, τα πρώτα αστέρια που σχηματίστηκαν στο Σύμπαν, ήταν ογκώδη, φωτεινά και αρχικά χωρίς μέταλλα, αποκτώντας ίχνη από πρώιμους σουπερνόβα. Αν και η παρατήρηση αυτών των αρχαίων αστεριών είναι πρόκληση λόγω της σπανιότητάς τους, οι δυνατότητες του JWST του επιτρέπουν να ανιχνεύει στοιχεία σε γαλαξίες μέσω του οργάνου Near Infrared Spectograph (NIRSpec).

Η εκπληκτική ανακάλυψη στον γαλαξία στο z=12,5 περιλαμβάνει μια απροσδόκητη αφθονία άνθρακα, αμφισβητώντας την ιδέα των αστέρων του Population III χωρίς μέταλλα. Αυτό το εύρημα, η πιο μακρινή ανίχνευση μιας μετάβασης μετάλλου μέχρι σήμερα, υποδηλώνει ότι παρθένα, χωρίς μέταλλα αστέρια του Population III μπορεί να μην υπήρχαν, αναδιαμορφώνοντας την κατανόησή μας για το πρώιμο Σύμπαν.

Οι επιστήμονες εξετάζουν προσεκτικά εναλλακτικές εξηγήσεις, όπως εκπομπές από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα ή συνεισφορές από ασυμπτωτικά γιγάντια κλαδιά αστέρων. Παρά τις 65 ώρες παρατήρησης του James Webb, η ακριβής πηγή του άνθρακα που ανιχνεύτηκε παραμένει αβέβαιη, αφήνοντας χώρο για μελλοντικές έρευνες.

Αν και η πρωτοποριακή ανίχνευση του James Webb αμφισβητεί τις υπάρχουσες θεωρίες, υπογραμμίζει επίσης την ανάγκη για διευρυμένες δυνατότητες παρατήρησης. Οι έρευνες μεγάλης περιοχής και οι βαρυτικοί φακοί μπορεί να προσφέρουν ευκαιρίες για πιο εις βάθος φασματοσκοπικές μελέτες γαλαξιών υψηλής μετατόπισης ερυθρών, παρέχοντας μεγαλύτερο μέγεθος δείγματος και δυνητικά αποκαλύπτοντας τα μυστήρια των φάσεων διαμόρφωσης του Σύμπαντος.