Pressmeddelande

Astronomer hittar spåren av de första stjärnorna i avlägsna gasmoln

3 maj 2023, Skurup

Med hjälp av ESO:s Very Large Telescope har astronomer för första gången funnit spåren av de första stjärnorna som exploderade i universum. De upptäckte tre avlägsna gasmoln vars kemiska sammansättning överensstämmer med den som förväntas efter de första stjärnexplosionerna. Dessa resultat tar oss ett steg närmare förståelsen av de första stjärnorna som bildades efter Big Bang.

“För första gången någonsin kunde vi identifiera de kemiska resterna från explosionerna av de första stjärnorna i mycket avlägsna gasmoln” säger Andrea Saccardi, doktorand vid Observatoire de Paris – PSL, som ledde denna studie under sin forskarutbildning vid Florens universitet.

 

Forskarna tror att de första stjärnorna som bildades i universum skiljde sig avsevärt från de stjärnor vi ser i dag. När de bildades för 13,5 miljarder år sedan innehöll de endast väte och helium, de lättaste grundämnena i naturen [1]. Dessa stjärnor, som troligen var tiotals eller hundratals gånger mer massiva än solen, exploderade snabbt som supernovor och berikade då den omkringliggande gasen med tyngre grundämnen för första gången. Senare generationer av stjärnor föddes ur denna berikade gas, och spred i sin tur tyngre grundämnen omkring sig när de dog.

 

Men de första stjärnorna är svunna sedan länge, så frågan är hur man kan lära sig mer om dem. "Ursprungliga stjärnor kan studeras indirekt genom att undersöka de grundämnen som de spred i sin omgivning efter sin död” säger Stefania Salvadori, docent vid Florens universitet och medförfattare till studien som publiceras i dag i Astrophysical Journal.

 

I data som samlats med ESO:s VLT i Chile fann astronomerna tre mycket avlägsna gasmoln från tiden då universum var 10 till 15 procent av sin nuvarande ålder. Gasmolnen visade kemiska fingeravtryck som överensstämde med de vi förväntar oss från explosionerna av de första stjärnorna. Beroende på stjärnans massa och energin i supernovan lämnade dessa första supernovor efter sig varierande mängder grundämnen som kol, syre och magnesium, som bildas i stjärnornas yttre skikt. 

 

Men vissa supernovaexplosioner var inte kraftiga nog att sprida ännu tyngre grundämnen som järn, som bildas i tunga stjärnors centra. För att söka efter resterna av stjärnor som exploderade i supernovor med låg energi letade därför forskarna efter gasmoln med låga halter järn men höga halter av lättare grundämnen. Och de fann tre sådana gasmoln i det tidiga universum med de karaktäristika man sökte: mycket låga halter av järn men höga halter av kol och andra grundämnen.

 

Denna speciella kemiska sammansättning har också observerats i många gamla stjärnor i vår egen galax, som astronomerna anser vara andra generationens stjärnor som bildades ur “askan” av de första stjärnorna. Denna nya studie har hittat just denna aska, och kompletterar därför förståelsen med ytterligare en pusselbit. “Vår upptäckt öppnar nya vägar att indirekt studera egenskaperna hos de första stjärnorna och kompletterar på så sätt studier av stjärnor i vår egen galax” förklarar Salvadori.

 

För att detektera och studera dessa stjärnor använde sig astronomerna av kvasarer – extremt ljusstarka källor som drivs av aktiva supermassiva svarta hål i avlägsna galaxers centra. När ljuset från kvasarerna passerar genom universum passerar det genom gasmoln som då lämnar ett fingeratryck i form av sin kemiska sammansättning.

 

Forskarna analyserade ljuset från flera kvasarer för att hitta dessa fingeravtryck, kvasarer som tidigare hade observerats med X-shooter, ett instrumentet på ESO:s VLT. X-shooter spider ut ljuset i ett spektrum av diskreta våglängder, vilket gör det unikt välanpassat för att identifiera den kemiska sammansättningen i avlägsna gasmoln.

 

Studien öppnar nya möjligheter för nästa generations teleskop och instrument som ESO:s kommande Extremely Large Telescope och dess högupplösande spektrograf ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph). “Med ANDES på ELT kommer vi att kunna studera många av dessa sällsynta gasmoln i större detalj, vilket gör det möjligt att avslöja egenskaperna hos de första stjärnorna” avslutar Valentina D’Odorico, astronom vid National Institute of Astrophysics i Italien och en av studiens medförfattare.

Noter

 

[1] Minuterna efter Big Bang fanns endast tre grundämnen i universum: väte, helium och mycket små mängder litium. Tyngre grundämnen bildades mycket senare i stjärnor.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Evidence of first stars-enriched gas in high-redshift absorbers” i tidskriften Astrophysical Journal.

 

Forskarlaget utgörs av Andrea Saccardi (Observatoire de Paris, Université PSL, Frankrike; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Italien [UFlorence]), Stefania Salvadori (UFlorence; INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italien), Valentina D’Odorico (Scuola Normale Superiore, Italien; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Italien [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Italien [IFPU]), Guido Cupani (INAF Trieste; IFPU), Michele Fumagalli (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Italien; INAF Trieste), Trystyn A. M. Berg (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Italien), George D. Becker (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), Sara Ellison (Department of Physics & Astronomy, University of Victoria, Kanada) och Sebastian Lopez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile).

 

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer, liksom kartläggningsteleskop som VISTA. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

Länkar

• Forskningsartikel
• Foton på VLT
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

 

Kontakter

Andrea Saccardi
GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS
Paris, France
Mobil: +39 3408796870
E-post: andrea.saccardi@observatoiredeparis.psl.eu

Stefania Salvadori
University of Florence
Florence, Italy
Tel: +39 055 2755222
E-post: stefania.salvadori@unifi.it

Valentina D’Odorico
INAF Osservatorio Astronomico di Trieste
Trieste, Italy
Tel: +39 040 3199217
E-post: valentina.dodorico@inaf.it

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6176
E-post: press@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2306 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.