Znanstvenici su izračunali da bi teleskop James Webb mogao pronaći do devet galaksija koje sadrže zvijezde iz prve generacije svemira — ali samo uz pomoć kozmičke slučajnosti.
Riječ je o takozvanim zvijezdama Populacije III, najstarijim zvijezdama u svemiru, nastalima isključivo od vodika i helija, bez ijednog težeg elementa. Teorijski modeli predviđaju da su bile iznimno masivne i da su gorjele kratko, eksplodirajući kao supernove. No nitko ih dosad nije pouzdano snimio.
Novi rad Tae Bonga Jeona sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu, objavljen na poslužitelju arXiv, bavi se upravo tim pitanjem: koliko masivan može biti prasak zvjezdanog stvaranja prve generacije i može li ga James Webb uopće detektirati. Odgovor je uvjetovan — i to dvostruko.
Dvije zamke koje moraju izbjeći
Da bi zvijezde Populacije III nastale toliko kasno koliko ih James Webb možda vidi, moraju se izbjeći dvije egzistencijalne zamke. Prvo, oblaci plina ne smiju se urušiti prerano. Drugo, moraju ostati nezagađeni metalima iz obližnjih supernova.
U ranom svemiru primordijalni oblaci mogli su se urušiti vlastitom gravitacijom samo ako su se mogli hladiti. Jedini dostupni rashladni mehanizam bio je molekularni vodik. Kad bi se oblaci dovoljno zgusnuli, zagrijali bi se i ponovno raširili. Molekularni vodik omogućio je tamnoj tvari da skupi dovoljno plina za početak fuzije.
Ključ cijele priče je takozvano Lyman-Wernerovo zračenje — mekani ultraljubičasti fotoni koji na dodir razgrađuju molekularni vodik u atomski. Atomski vodik hladi plin mnogo slabije, pa se stvaranje zvijezda odgađa do faze „atomskog hlađenja”, kada je masa toliko velika da kolaps postaje katastrofalan.
Autori su modelirali halo tamne tvari i izložili ga različitim razinama tog zračenja. Nastala je zanimljiva struktura: vanjski slojevi haloa ostali su iznimno vrući, dok je unutarnja jezgra postala gušća i pretvorila se u štit. Vanjski sloj prima udarce, unutrašnjost se hladi — i na kraju nastaje zvijezda.
Metali kasne, zračenje ne
No Lyman-Wernerovo zračenje nije jedino što kruži svemirom u tom razdoblju. Tu su i metali iz drugih supernova. Oni se, međutim, kreću mnogo sporije. Autori ističu da zračenje iz obližnjih supernova može stići do netaknutih oblaka plina i prašine stotinama milijuna godina prije nego što ih onečiste metalne čestice i pretvore ih u zvijezde Populacije II.
Razlikovanje prve i druge generacije zvijezda ostaje tehnički izazov. Proračuni pokazuju da bi se uz pomoć gravitacijskog lećenja prve zvijezde mogle uhvatiti postojećom opremom. Ali gravitacijska leća zahtijeva mnogo sreće — traženi objekt mora biti točno u ravnini s galaksijom koja ga povećava.
Te sreće je još manje zbog rijetkosti uvjeta potrebnih za nastanak takvih prasaka: intenzivna ultraljubičasta kupka i netaknut džep plina. Ipak, autori računaju da bi pregledi poput GLIMPSE-a, osmišljeni upravo za gravitacijsko lećenje, mogli pronaći do devet takvih kasnih prasaka.
Pitanje koje se samo nameće
Ovdje se otvara pitanje koje sam izvor ne postavlja: zašto uopće plaćamo teleskop od deset milijardi dolara da bismo lovili devet objekata koji ovise o sreći? Znanstvena znatiželja je legitimna, ali James Webb je u prvom redu američki strateški instrument. Svaki njegov sat košta više od prosječne hrvatske godišnje plaće, a rezultati se objavljuju u preprintima koje nitko izvan uskog kruga ne provjerava.
Ako se u idućih nekoliko godina pojavi rad koji opisuje upravo tih devet kandidata, ovaj će članak vjerojatno biti jedna od njegovih referenci. Pitanje je samo hoće li hrvatski porezni obveznik u tome imati ikakvu korist — ili će i dalje samo plaćati tuđe teleskope i čitati tuđe rezultate.
Tekst ima dobru znanstvenu jezgru, ali prilično loš završetak. Prvih ~80% je popularno-znanstveni tekst; zadnjih nekoliko odlomaka prelazi u političko-ekonomsku tezu koja nije stvarno potkrijepljena onim što je prije napisano. Najvažnije: „Do devet galaksija” ne znači da JWST traži devet galaksija i da će ih vjerojatno pronaći. To je modelirana gornja/optimistična procjena pod vrlo specifičnim uvjetima. „Do devet” može u praksi značiti i nula. Gravitacijsko lećenje nije samo „kozmička sreća”. Ono jest geometrijski slučaj, ali astronomi ciljano traže masivne klastere i galaksije koji djeluju kao leće. Dakle, sreća se može statistički „kupovati” pametnim odabirom područja neba. Potraga za zvijezdama Populacije III ima golemu znanstvenu vrijednost. One bi nam dale izravan prozor u prijelaz iz gotovo potpuno primordijalnog svemira prema svemiru kakav danas poznajemo. To nije samo potraga za „devet objekata”, nego test modela nastanka prvih zvijezda, prvih metala, prvih supernova i reionizacije. Tvrdnja da je JWST „u prvom redu američki… Čitaj više »