Βρέθηκαν νέφη αρχέγονου αερίου από το πρώιμο σύμπαν, λίγα λεπτά μετά το Big Bang

Για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι έχουν βρει παρθένα νέφη από το πρωταρχικό αέριο που σχηματίστηκε στα πρώτα λεπτά μετά το Big Bang. Η σύνθεση του αερίου ταιριάζει με τις θεωρητικές προβλέψεις, προσφέροντας μια άμεση απόδειξη των σύγχρονων κοσμολογικών εξηγήσεων για την προέλευση των στοιχείων στο σύμπαν.

Τα δύο παρθένα νέφη αερίου που βρέθηκαν από τους αστρονόμους θα μπορούσαν να ταιριάξουν σε μία από τις νηματώδεις περιοχές ορατές γύρω από τους γαλαξίες σε αυτήν την εικόνα, η οποία είναι από προσομοιώσεις σε ηλεκτρονικό υπολογιστή.

Μόνο τα ελαφρύτερα στοιχεία, κυρίως υδρογόνο και ήλιο, δημιουργήθηκαν στο Big Bang. Στη συνέχεια, πέρασαν μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια προτού συσσωματώματα από αυτό το αρχέγονο αέριο συμπυκνωθούν για να διαμορφώσουν τα πρώτα αστέρια, όπου φτιάχτηκαν τα βαρύτερα στοιχεία. Μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι έχουν ανιχνεύσει "μέταλλα" (ένας ειδικός όρος για όλα τα στοιχεία τα βαρύτερα από το υδρογόνο και το ήλιο), όπου και αν έχουν παρατηρήσει μέσα στο σύμπαν.

Η εικόνα είναι από μια προσομοίωση του σχηματισμού των γαλαξιών και δείχνει ροές αερίου που τροφοδοτούν την ανάπτυξη ενός γαλαξία. Τα νέφη αερίου που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα μπορεί να είναι μέρος μιας «ψυχρής ροής» αερίου, παρόμοιας με αυτά τα ρεύματα.

"Όσο και να έχουμε προσπαθήσει να βρούμε παρθένα ύλη στο σύμπαν, δεν τα είχαμε καταφέρει μέχρι τώρα. Είναι η πρώτη φορά που έχουμε παρατηρήσει παρθένες ποσότητες αερίου αμόλυντες από βαρύτερα στοιχεία από τα αστέρια", δήλωσε ο J. Xavier Prochaska, καθηγητής της Αστρονομίας και Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Σάντα Κρουζ. Ο Prochaska έχει δημοσιεύσει ένα άρθρο σχετικά με τα αποτελέσματα αυτά, που δημοσιεύθηκε στο Science.΄

"Η έλλειψη μετάλλων μας λέει πως αυτό το αέριο είναι παρθένο," δήλωσε ο Michele Fumagalli, μέλος της ερευνητικής ομάδας. "Είναι αρκετά συναρπαστικό, επειδή είναι τα πρώτα δεδομένα που ταιριάζουν απόλυτα με τη σύνθεση του αρχέγονου αερίου όπως προβλέπεται από τη θεωρία του Big Bang."

Οι ερευνητές ανακάλυψαν τα δύο νέφη με παρθένο αέριο με μία ανάλυση του φωτός που προέρχεται από τα απόμακρα κβάζαρ, χρησιμοποιώντας το φασματόμετρο του τηλεσκόπιου Keck στη Χαβάη. Το φως που μας έρχεται από τα μακρινά κβάζαρ έχει μήκη κύματος μεγαλύτερα από τα αρχικά, λόγω της μετατόπισης προς το ερυθρό, οπότε οι ερευνητές μπορούν να δουν ποιά μήκη κύματος, απορροφήθηκαν από τα υπάρχοντα υλικό μεταξύ του κβάζαρ και του τηλεσκόπιου.

"Μπορούμε να δούμε τις γραμμές απορρόφησης στο φάσμα, και συγχρόνως να μάθουμε ποιό στοιχείο του αερίου ήταν αυτό που απορρόφησε το φως. Και αυτό μας επιτρέπει να μετρήσουμε τη σύνθεση του αερίου", δήλωσε ο Fumagalli.

Κάθε στοιχείο έχει ένα μοναδικό αποτύπωμα που εμφανίζεται σαν σκοτεινές γραμμές πάνω στο φάσμα. Στα φάσματα από τα νέφη των παρθένων αερίων, οι ερευνητές είδαν μόνο το υδρογόνο και το δευτέριο, το βαρύ ισότοπο του, εξηγούν οι ερευνητές. “Δεν έχουμε καμία ευαισθησία για το ήλιο, αλλά θα περιμέναμε να το δούμε αν την είχαμε," τονίζουν. "Έχουμε όμως εξαιρετική ευαισθησία για τον άνθρακα, το οξυγόνο και το πυρίτιο, και αυτά τα στοιχεία είναι εντελώς απόντα."

Πριν από αυτή την ανακάλυψη, οι χαμηλότερες μετρήσεις της αναλογίας των μετάλλων στο σύμπαν ήταν περίπου το ένα χιλιοστό της «μεταλλικότητας» του ήλιου. «Οι άνθρωποι πίστευαν ότι υπήρχε ένα «κάτω όριο» στην μεταλλικότητα, ότι τίποτα δηλαδή δεν θα μπορούσε να είναι μικρότερο από το ένα χιλιοστό του ηλιακού εμπλουτισμού. Αυτό συμβαίνει γιατί τα μέταλλα που παράγονται στους γαλαξίες είχαν μεγάλη διασπορά στο σύμπαν», δήλωσε ο Fumagalli. "Έτσι, αυτή η ανακάλυψη ήταν απροσδόκητη. Αμφισβητεί τις ιδέες μας για το πώς τα μέταλλα διασκορπίζονται από τα άστρα που τα παράγουν."

Οι ερευνητές συγκεκριμένα εκτίμησαν ότι η μεταλλικότητα στο παρθένο αέριο αποτελεί περίπου το ένα δεκάκις χιλιοστό από όσο είναι στον ήλιο. Στο άλλο άκρο, τα αστέρια και το αέριο με την υψηλότερη μεταλλικότητα είναι σχεδόν δέκα φορές πιο εμπλουτισμένα από όσο ο ήλιος. “Η αφθονία των μετάλλων σε διάφορες μεριές του σύμπαντος καλύπτει μια τεράστια περιοχή," δήλωσε ο Prochaska. "Έτσι, αυτά τα ευρήματα φέρνουν νέους περιορισμούς για το πώς τα μέταλλα κατανέμονται σε όλο το σύμπαν."

Η φασματογραφική ανάλυση των παρθένων νεφών αερίου τα τοποθετεί πίσω στο χρόνο σε, περίπου, 2 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, ή σχεδόν 12 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Εκείνη την εποχή, τα θεωρητικά μοντέλα προβλέπουν ότι οι γαλαξίες μεγάλωναν ρουφώντας μεγάλα ρεύματα ψυχρού αερίου, αλλά αυτά τα "ψυχρά ρεύματα" δεν τα είχαμε ποτέ δει. Σύμφωνα με τον Fumagalli, τα νέφη αυτά του αερίου είναι πιθανά υποψήφια για αυτά τα φευγαλέα ψυχρά ρεύματα. Απαιτούνται, ωστόσο, κι άλλες μελέτες για να δούμε αν τα νέφη αυτά που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα συνδέονται με τους γαλαξίες.