Μετρώντας το απόφωτο όλων των άστρων που υπήρξαν

Χάρτης των ακτίνων γάμμα σε όλο τον ουρανό. Το κόκκινο αντιστοιχεί σε πηγές εντός του Γαλαξία μας (Πηγή: ΝASA/DOE/Fermi LAT Collaboration) 

Με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Fermi ομάδα επιστημόνων στην Αυστρία κατάφερε να εντοπίσει το φως των πρώτων άστρων που δημιουργήθηκαν στο Σύμπαν. Η ανακάλυψη αναμένεται να προσφέρει νέα στοιχεία για τις διεργασίες που οδήγησαν στη γέννηση των άστρων και των γαλαξιών αμέσως μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, μέσα από το καυτό νέφος υδρογόνου.

Το εξωγαλαξιακό φως

Το φως των πανάρχαιων και πολύ μακρινών άστρων είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρηθεί με άμεσο τρόπο. Ομως το φως των πρώτων άστρων αποτελεί μέρος μιας διάχυτης ομίχλης φωτονίων που είναι γνωστή με τον όρο «Εξωγαλαξιακό Φως Υποβάθρου». Το εξωγαλαξιακό φως διαπερνά όλο το Σύμπαν και στην ουσία αυτό το φως αποτελεί ένα κοσμικό ημερολόγιο αφού σε αυτό υπάρχουν δεδομένα για όλα τα άστρα που υπήρξαν ποτέ στο Σύμπαν.

Fermi measured the amount of gamma-ray absorption in blazar spectra produced by ultraviolet and visible starlight at three different epochs in the history of the universe. (Credit: NASA's Goddard Space Flight Center)

Τα μπλάζαρ

Το πρόβλημα είναι ότι οι εκπομπές φωτός από το ηλιακό μας σύστημα και τον Γαλαξία μας καθιστούν εξαιρετικά δύσκολη την παρατήρηση του εξωγαλαξιακού φωτός. Γι αυτό και οι επιστήμονες επιλέγουν ως καλύτερους στόχους για παρατήρηση τα λεγόμενα μπλάζαρ. Πρόκειται για πολύ μακρινούς γαλαξίες με τεράστιες μελανές οπές, το φως των οποίων διαπερνά το εξωγαλαξιακό φως με τρόπο ανάλογο με εκείνον που το φως ενός προβολέα διαπερνά την ομίχλη.

Από τις μαύρες τρύπες των μπλάζαρ εκπέμπονται στο Διάστημα εξαιρετικής ενέργειας ακτίνες γάμμα. Σύμφωνα με τους ειδικούς από τα μπλάζαρ εκπέμπονται φωτόνια με ενέργειες μεγαλύτερες από 10 GeV – ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια των φωτονίων του ορατού φωτός. Οσο μακρύτερα από εμάς βρίσκεται ένα μπλάζαρ, τόσο περισσότερο θα εμφανίζεται «σβησμένη» η ακτινοβολία γάμμα που εκπέμπει καθώς θα περνά από το εξωγαλαξιακό φως υποβάθρου. Καθώς οι επιστήμονες είχαν ξεχωριστά στοιχεία για το πόσο λαμπρά θα έπρεπε να είναι τα μπλάζαρ και πόσο μακριά από εμάς, μπόρεσαν να υπολογίσουν πόσο «σβήστηκαν» από το εξωγαλαξιακό φως οι ακτίνες γάμμα που αυτά εκμπέμπουν. Ετσι υπολόγισαν και την ένταση του εξωγαλαξιακού φωτός. Αν από αυτό αφαιρέσει κανείς τη γνωστή ένταση των νεότερων άστρων και γαλαξιών, το υπόλοιπο πρέπει να είναι το φως από την πρώτη γενεά άστρων.

This illustration places the Fermi measurements in perspective with other well-known features of cosmic history. Star formation reached a peak when the universe was about 3 billion years old and has been declining ever since. (Credit: NASA's Goddard Space Flight Center)

Η ανακάλυψη

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Ινσμπρουκ μελέτησαν 150 μπλάζαρ από τα περισσότερα από 1000 που έχει εντοπίσει το Fermi. H κρατούσα θεωρία αναφέρει ότι τα πρώτα άστρα είχαν τουλάχιστον 100 φορές μεγαλύτερη μάζα από εκείνη του Ηλιου. Οι ερευνητές μελετώντας τα νέα δεδομένα που συνέλεξαν και συγκρίνοντας τα με τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα για τη δομή του εξωγαλαξιακού φωτός κατέληξαν σε μια σειρά από συμπεράσματα.

Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των ερευνητών, η δημιουργία της πρώτης γενεάς άστρων έφθασε στο απώγειό τη αφού πέρασαν τουλάχιστον 500 εκατομμύρια έτη μετά τη Μεγάλη Εκρηξη. Μια δεύτερη διαπίστωση των ερευνητών είναι ότι πρώτη γενεά άστρων σχηματίστηκε με πολύ πιο αργό ρυθμό από εκείνο που προβλέπουν πολλά μοντέλα. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Science Express.

Πηγή: Βήμα Science
 http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/cosmic-fog.html

http://kpe-kastor.kas.sch.gr/biodiversity_site/b/big_bang.htm