Το νεογέννητο Σύμπαν ήταν ένα απέραντο σύννεφο υδρογόνου και ήλιου, των δύο ελαφρύτερων χημικών στοιχείων. Όλα τα βαρύτερα στοιχεία, από το οξυγόνο μέχρι τον άνθρακα, παρήχθησαν από θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στην καρδιά των πρώτων άστρων, τα οποία όταν πέθαναν και εξερράγησαν διέσπειραν το υλικό τους στο διαστρικό κενό.
Θα περίμενε λοιπόν κανείς ότι οι πρώτοι γαλαξίες του Σύμπαντος περιείχαν ελάχιστα έως καθόλου βαρύτερα στοιχεία. Κι όμως, οι τελευταίες παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb ανατρέπουν την κρατούσα εικόνα για το νεαρό Σύμπαν.
Μελέτη που δημοσιεύεται στο Nature Astronomy εξετάζει τρεις γαλαξίες των οποίων το φως χρειάστηκε πάνω από 13 δισεκατομμύρια να φτάσει στη Γη –κάτι που σημαίνει ότι τους βλέπουμε όπως ήταν μόλις 500 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που γέννησε το Σύμπαν.
Το αναπάντεχο εύρημα είναι ότι οι αρχέγονοι αυτοί γαλαξίες είναι πλούσιοι σε βαριά στοιχεία, ένδειξη ότι οι πρώτες γενιές άστρων εμφανίστηκαν και πέθαναν πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε.
«Παρατηρήσαμε βαριά στοιχεία που διέρρεαν από τους γαλαξίες τους πολύ, πολύ νωρίς στην κοσμική ιστορία» δήλωσε σε δελτίο Τύπου ο Γιόνγκντα Ζου του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.
«Οι γαλαξίες όχι μόνο παρήγαγαν αυτά τα στοιχεία, αλλά επιπλέον τα διέσπειραν, πιθανώς εμπλουτίζοντας με αυτά άλλους γαλαξίες» είπε.
Λόγω της διαστολής του Σύμπαντος, η οποία «τεντώνει» τα μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, το φως αυτών των αρχαίων γαλαξιών, όπως το βλέπουμε από τη Γη, έχει μετατοπιστεί από το ορατό στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος.
Αυτό το υπέρυθρο φως έχει σχεδιαστεί να βλέπει το James Webb, το οποίο μπορεί έτσι να κοιτάζει πιο μακριά από ποτέ στον χώρο και τον χρόνο.
Η μελέτη εστίασε σε τρεις αρχαίους γαλαξίες (καλλιτεχνική απεικόνιση), με συνολικό χρόνο έκθεσης σχεδόν 30 ωρών, κάτι που επέτρεψε στους ερευνητές να εξετάσουν το φάσμα του φωτός τους και να προσδιορίσουν έτσι τη σύστασή τους.
Οι φασματικές αναλύσεις έδειξαν σημαντικές ποσότητες βαρέων στοιχείων, όπως ο άνθραξας, το οξυγόνο και το πυρίτιο, να πηγάζουν από τους γαλαξίες και να εξαπλώνονται γύρω τους.
«Σκεφτείτε αυτά τα στοιχεία, τα οποία προήλθαν από τα άστρα των γαλαξιών, σαν χρωστική τροφίμων που πέφτει σε ένα ποτήρι νερό», είπε ο Ζου. «Το χρώμα αρχίζει να διαχέεται μέσα στο νερό και, με παρόμοιο τρόπο, αυτά τα βαριά στοιχεία από τους πρώιμους γαλαξίες άρχισαν να διαφεύγουν στο διάστημα και να “εμπλουτίζουν” το περιβάλλον τους», εξήγησε.
Τα ευρήματα έρχονται να προστεθούν σε προηγούμενες παρατηρήσεις του James Webb που αποκάλυψαν ότι οι πρώτοι γαλαξίες εμφανίστηκαν και ωρίμασαν πολύ νωρίτερα από ό,τι υποδεικνύουν τα μοντέλα των κοσμολόγων –τα οποία όπως φαίνεται θα πρέπει να αναθεωρηθούν.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα νέα ευρήματα ίσως εξηγούν γιατί το James Webb δεν έχει ανιχνεύσει ακόμα τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος, γνωστά ως άστρα του Πληθυσμού ΙΙΙ (τα νεαρότερα άστρα όπως ο Ήλιος ανήκουν στον Πληθυσμό Ι).
Τα άστρα αυτά πρέπει να σχηματίστηκαν από νέφη καθαρού υδρογόνου και ήλιου, πριν παραχθούν τα βαρύτερα στοιχεία.
«Αν οι γαλαξίες εμπλούτιζαν ήδη το περιβάλλον τους μόλις 500 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, τότε το πραγματικά παρθένο αέριο μπορεί απλώς να μην υπήρχε για αρκετό χρονικό διάστημα ώστε να μπορέσει να παρατηρηθεί» είπε ο Ζου.
Όπως το έθεσε, «αν ξεκινήσεις με καθαρό παγωτό βανίλια και αρχίσεις να ρίχνεις τρούφα από πάνω λίγο αργότερα, δεν θα περάσει πολλή ώρα μέχρι να μην μπορείς πλέον να βρεις ανέγγιχτο, σκέτο παγωτό βανίλια».