Kosmiczna anomalia z początków czasu

Astronomowie mogli znaleźć jeden z najwcześniejszych śladów pierwszych gwiazd, jakie pojawiły się po Wielkim Wybuchu. Chodzi o jasny obłok gazu z czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie około 450 mln lat

Obiekt nazwany Hebe wydaje się niemal całkowicie pozbawiony pierwiastków cięższych od helu. To właśnie taki chemicznie „czysty” skład powinny mieć gwiazdy pierwszej generacji, określane przez astronomów jako gwiazdy populacji III (numer „trzy” otrzymały dlatego, że ich istnienie odkryto najpóźniej).

Pierwsze gwiazdy powstały z materii utworzonej tuż po Wielkim Wybuchu: wodoru, helu i niewielkiej ilości litu. Nie istniały jeszcze cięższe pierwiastki, takie jak tlen, żelazo czy węgiel, ponieważ powstają one dopiero we wnętrzach kolejnych pokoleń gwiazd oraz podczas eksplozji supernowych.

Dzisiejsze gwiazdy, w tym Słońce, zawierają już mieszankę cięższych pierwiastków odziedziczonych po wcześniejszych generacjach kosmicznych obiektów. Dlatego astronomowie od lat próbują odnaleźć miejsca, w których materia pozostała jeszcze nietknięta przez tę późniejszą chemiczną „ewolucję” Wszechświata.

Hebe po raz pierwszy zauważono w 2024 r., jednak wtedy naukowcy nie mieli wystarczająco dokładnych danych, by określić naturę tego obiektu. Sytuacja zmieniła się rok później, gdy wykonano bardziej precyzyjne obserwacje przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Nowe dane wskazują, że obłok nie zawiera śladów cięższych pierwiastków, a jednocześnie emituje charakterystyczne promieniowanie wzbudzonego helu i wodoru. To sygnał, że wewnątrz musi znajdować się bardzo silne źródło promieniowania o ogromnej energii.

„To wygląda dokładnie tak, jak powinien wyglądać układ zawierający gwiazdy pierwszej generacji” – powiedział Roberto Maiolino z Uniwersytetu Cambridge, współautor badań, w rozmowie z Science News. Astronom podkreśla, że naukowcy nie znają dziś innego typu obiektu, który dawałby jednocześnie tak „czysty” chemicznie sygnał i emitował promieniowanie o tak wysokiej energii.

Naukowcy szacują, że Hebe ma do 1200 lat świetlnych średnicy i może zawierać masę od 10 tys. do kilkuset tysięcy Słońc. Jednocześnie samych gwiazd mogło tam być stosunkowo niewiele. Gwiazdy populacji III prawdopodobnie były bowiem ogromne – nawet tysiąc razy masywniejsze od Słońca – bardzo jasne i żyły krótko.

Odkrycie komplikuje jednak jedna kwestia. Hebe znajduje się bardzo blisko dużej galaktyki GN-z11, której masa odpowiada około miliardowi Słońc. Według części modeli teoretycznych w pobliżu tak rozwiniętych galaktyk nie powinny przetrwać chemicznie „pierwotne” obłoki gazu, ponieważ środowisko zostało tam już wcześniej wzbogacone cięższymi pierwiastkami.

Seiji Fujimoto z Uniwersytetu Toronto, który nie brał udziału w badaniach, powiedział w rozmowie z serwisem Science News, że bliskość Hebe i GN-z11 „otwiera nowe pytania o to, jak takie układy powstają i jak mogą przetrwać”.

Część modeli sugeruje jednak inny scenariusz. Duże galaktyki mogą swoją grawitacją „ściągać” z otoczenia obłoki bardzo starego, niemal nietkniętego gazu. Jeśli taki gaz nie został wcześniej wzbogacony cięższymi pierwiastkami przez inne gwiazdy, nadal mogą tworzyć się w nim gwiazdy populacji III – nawet w pobliżu bardziej rozwiniętych galaktyk.

Źródła:

• Mara Johnson-Groh, „The earliest evidence of the first stars may lie in a distant gas clump”, Science News,  https://www.sciencenews.org/article/first-stars-earliest-evidence-universe
• R. Maiolino et al., The search for Population III: Confirmation of a HeII emitter with no metal lines at z=10.6, arXiv, 2026
• H. Übler et al., GA-NIFS & JADES: Confirmation of pristine gas near GN-z11, arXiv, 2026
• E. Rusta et al., The pristine HeII emitter near GN-z11: Constraining the mass distribution of the first stars, arXiv, 2026

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi