Lige siden astronomer indså, at universet er i en konstant ekspansionstilstand, og at en massiv eksplosion sandsynligvis startede det hele for 13,8 milliarder år siden (Big Bang), har der været uafklarede spørgsmål om hvornår og hvordan de første stjerner dannede sig. Baseret på data indsamlet af NASAs Wilkinson Mikrobølgeovn Anisotropy Probe (WMAP) og lignende missioner antages dette at have sket omkring 100 millioner år efter Big Bang.
Meget af detaljerne om, hvordan denne komplekse proces fungerede, har været et mysterium. Ny beviser indsamlet af et team ledet af forskere fra Max Planck Institute for Astronomy indikerer imidlertid, at de første stjerner må have dannet sig ret hurtigt. Ved hjælp af data fra Magellan-teleskoperne ved Las Campanas Observatorium observerede holdet en sky af gas, hvor stjernedannelse fandt sted kun 850 millioner år efter Big Bang.
Undersøgelsen, der beskrev deres fund, som for nylig blev vist i undersøgelsen Astrofysisk tidsskrift, blev ledet af Eduardo Bañados. Et medlem af Carnegie Institutionen for videnskab på det tidspunkt, Banados og hans kolleger observerede gasskyen mens de gennemførte opfølgende observationer på en undersøgelse af 15 af de mest fjerntliggende kvasarer.
Denne undersøgelse var blevet udarbejdet af Chiara Mazzucchelli, en astronom ved European Southern Observatory (ESO) og en medforfatter på studiet, som en del af hendes ph.d. forskning ved Max Planck Institut for Astronomi. Mens de undersøgte spektrene for især en kvasar (P183 + 05), bemærkede de, at det havde nogle temmelig særlige træk.
Ved hjælp af Carnegie-institutionens 6,5 m Magellan-teleskoper ved Las Campanas-observatoriet i Chile genkendte Banados og hans kolleger de spektrale træk for, hvad de var: en nærliggende gassky, der blev oplyst af kvasaren. Spektrene fortalte dem også, hvor langt gasskyen var fra Jorden - over 13 milliarder lysår væk - hvilket gjorde det til det fjerneste, der nogensinde er blevet observeret og identificeret af astronomer.
Derudover fandt de spektre, der indikerede tilstedeværelsen af spormængder af elementer som kulstof, ilt, jern og magnesium - kemisk betegnet som "metaller", da de er tungere end helium. Sådanne elementer blev skabt i det tidlige univers, da de første generationer af stjerner (alias ”befolkning III”) frigav dem i kosmos, efter at de nåede slutningen på deres levetid og eksploderede som supernovaer.
Som Michael Rauch, en astronom fra Carnegie Institution of Science og en medforfatter af den nye undersøgelse, sagde:
”Efter at vi var overbeviste om, at [vi] kun kiggede på sådan uberørt gas kun 850 millioner år efter Big Bang, begyndte vi at undre os over, om dette system stadig kunne bevare kemiske underskrifter produceret af den allerførste stjerner.”
At finde den første generation af stjerner har længe været mål for astronomer, da det ville give mulighed for en mere omfattende forståelse af universets historie. Efterhånden som tiden gik, spillede elementer, der var tungere end brint, en nøglerolle i dannelsen af stjerner, hvor materie klumper sig sammen på grund af gensidig tiltrækning og derefter gennemgår gravitations-sammenbrud.
Da det kun antages, at brint og helium har eksisteret i universet efter Big Bang, havde den første generation af stjerner ikke disse kemiske elementer - hvilket gør dem adskilt fra hver generation, der fulgte. Det var derfor overraskende at bemærke en relativ overflod af disse elementer i en så tidlig gassky, som faktisk var sammenlignelig med hvad astronomer ser i intergalaktiske gasskyer i dag.
Disse observationer udgør en stor udfordring for konventionelle teorier om, hvordan de første stjerner i vores univers blev dannet. I det væsentlige indikerer det, at stjernedannelse skal være begyndt meget tidligere for at fremstille disse kemiske elementer. Baseret på undersøgelser, der involverede supernovaer af type Ia, anslås det, at de eksplosioner, der er nødvendige for at producere disse metaller med den observerede overflod, vil tage omkring 1 milliard år at ske.
Kort sagt, videnskabsmænd kan have været ude af omkring en generation, når det gælder, da de første stjerner blev født, hvilket antyder, at der kan have været nogle i løbet af de tidligste eoner i universet. Dette betyder effektivt, at de første stjerner ville have været nødt til at danne sig ret hurtigt fra den uregyldige suppe af brint og helium, der var det tidlige univers. Denne konstatering kunne have alvorlige konsekvenser for teorier om kosmisk udvikling.
Som Bañados sagde, er målet nu at bekræfte dette ved at finde yderligere gasskyer med lignende kemiske forekomster:
”Det er spændende, at vi kan måle metallicitet og kemiske forekomster så tidligt i universets historie, men hvis vi ønsker at identificere underskrifterne til de første stjerner, er vi nødt til at undersøge endnu tidligere i den kosmiske historie. Jeg er optimistisk over, at vi finder endnu fjernere gasskyer, hvilket kan hjælpe os med at forstå, hvordan de første stjerner blev født. ”
Relativitet fortæller os, at rum og tid er to udtryk for den samme virkelighed. Ergo ved at kigge længere ud i universet ser vi også længere tilbage i tiden. Dermed har astronomer været i stand til at justere deres kosmologiske modeller og ideer om, hvordan og hvornår alt begyndte. Vel vidende om, at de første stjerner i universet kunne have deres oprindelse skubbet tilbage til en endnu tidligere tid; det er bare en del af indlæringskurven!
