Earendel, najdalsza i najwcześniejsza gwiazda, jaką kiedykolwiek widziano, może nie być tym, czym się wydaje

Dziwaczny przypadek natury, który pozwala na powiększenie niezwykle odległych obiektów kosmicznych, pozwolił teleskopowi kosmicznemu zobaczyć gwiazdę, która istniała, gdy wszechświat miał zaledwie 900 milionów lat.

Obserwatorium Hubble'a NASA dokonało odkrycia w 2022 roku, stając się najdalszą i najwcześniejszą gwiazdą, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Astronomowie nazwali ją Earendel , co w języku staroangielskim oznacza „gwiazdę poranną”.

Rok później naukowcy kontynuowali badania z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba, ponieważ ma on większe lustro i zbiera światło o dłuższych falach podczerwonych. Wtedy naukowcy sądzili, że być może dostrzegli gwiazdę towarzyszącą, co ich zaskoczyło, ponieważ było technicznie możliwe, nawet przy bezprecedensowej mocy Teleskopu Webba.

Nowe badanie sugeruje, że zdumiewająco odległe światło gwiazd Earendel może pochodzić z czegoś więcej niż tylko jednej gwiazdy lub bliskiej pary. Artykuł, opublikowany W artykule opublikowanym w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters przeanalizowano wcześniejsze dane z teleskopu Webba przy użyciu modeli komputerowych i przedstawiono przekonujące dowody na to, że Earendel może być w rzeczywistości gromadą gwiazd składającą się ze zbioru gwiazd.

„Moją skrywaną nadzieją jest, że to pojedyncza gwiazda” – powiedział portalowi Mashable Massimo Pascale, który kierował badaniami na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.

Naukowcy pragną odnaleźć i zbadać gwiazdy tak stare jak Earendel, ponieważ takie relikty mogą rozwiązać tajemnice starożytnego wszechświata, którego wiek szacuje się na 13,8 miliarda lat.

Teleskop Hubble'a wykrył Earendel za pomocą zjawiska znanego jako soczewkowanie grawitacyjne – gdy gromada galaktyk na pierwszym planie w polu widzenia teleskopu powiększa i załamuje światło poza nią. NASA często posługuje się analogią kuli do kręgli umieszczonej na trampolinie, aby zilustrować to zjawisko. Kula symbolizuje masywny obiekt niebieski, a trampolina strukturę czasoprzestrzeni. Światło, które w przeciwnym razie poruszałoby się po krzywych prostych, ulega zniekształceniu, przechodząc przez tę zakrzywioną czasoprzestrzeń. To jak dodanie silniejszej soczewki do teleskopu.

Powiększenie ogromnej gromady galaktyk pozwoliło astronomom zobaczyć Earendel za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Źródło: NASA / ESA / Brian Welch / Dan Coe / Alyssa Pagan

Jednak soczewkowanie grawitacyjne ma również potencjał replikowania i rozciągania obiektów, podobnie jak krzywe zwierciadło może tworzyć wiele nieregularnych kopii obrazów.

Ponieważ gromada galaktyk WHL0137-08 działa jak kolosalna lupa na niebie, światło niezwykle odległej galaktyki Earendela, Łuku Wschodzącego Słońca, pojawiło się w polu widzenia Hubble'a. Naukowcy mogli zobaczyć ją taką, jaka była 12,9 miliarda lat temu. Jednak dzisiaj, ponieważ Wszechświat również rozciągnął się w wyniku ekspansji kosmicznej , szacuje się, że Łuk Wschodzącego Słońca znajduje się 28 miliardów lat świetlnych od Ziemi.

Astronomowie mają bogate doświadczenie w identyfikowaniu efektów soczewkowania grawitacyjnego, ale nie zawsze tak było. W 1987 roku ogromny, błękitny łuk, którego długość szacowano na setki bilionów mil, początkowo uznano za jeden z największych obiektów kiedykolwiek odkrytych w kosmosie. Później tego samego roku naukowcy odkryli, że mają do czynienia z iluzją optyczną – zniekształceniem spowodowanym przez gromadę galaktyk. „New York Times” opublikował artykuł o „dziwacznych” implikacjach Ogólnej Teorii Względności Einsteina, zatytułowany „Ogromny obiekt kosmiczny zdegradowany do mirażu”.

W przypadku Earendel niektórzy astronomowie wciąż zastanawiają się, czy rzeczywiście jest to gwiazda. Pascale, obecnie stypendystka programu Einsteina na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, wraz ze współpracownikami postanowili ponownie oszacować jej rozmiar, który mógł być zaniżony, ponieważ szacunki nie uwzględniały mini halo ciemnej materii – tajemniczej, lecz powszechnej substancji, która nie świeci ani nie oddziałuje ze światłem. Takie skupiska ciemnej materii mogłyby wpływać na powiększenie. Uwzględniając te efekty, rozmiar Earendel może odpowiadać gromadom gwiazd.

Naukowcy porównali Earendel do powszechnie znanej gromady gwiazd w tej samej galaktyce, znanej jako 1b. Odkryli, że Earendel i gromada 1b mają podobne cechy: obie mają już od 30 do 150 milionów lat według danych Webba, brakuje im ciężkich pierwiastków wytwarzanych przez „nowsze” gwiazdy i przypominają pobliskie, starożytne gromady gwiazd.

Badania wykazały, że 1b bardzo dobrze wpisuje się w modele gromad gwiazd, podobnie zresztą jak Earendel.

„Aby Earendel była pojedynczą gwiazdą, a może układem podwójnym dwóch gwiazd położonych bardzo blisko siebie, przypadkowe ustawienie Earendel w stosunku do gromady galaktyk na pierwszym planie, która powoduje efekt soczewkowania grawitacyjnego, musiałoby być niewiarygodnym zbiegiem okoliczności” – powiedział Pascale w wywiadzie dla Mashable. „Jeśli to gromada gwiazd, to przypadkowe ustawienie – nie musi być aż tak idealne”.

Chociaż w nowym artykule nie spekuluje się, ile gwiazd może wchodzić w skład takiego skupiska, Pascale twierdzi, że jego masa może być równa masie setek tysięcy słońc — a może i więcej.

Jednym z możliwych sposobów odpowiedzi na pytanie, czy Eärendel jest gwiazdą samotną, jest obserwacja migotań. Dzięki wielokrotnym obserwacjom naukowcy mogą uchwycić nagłe i krótkotrwałe rozjaśnienie źródła światła. Gromada gwiazd nie wykazywałaby takich fluktuacji, ponieważ całe światło pozostałych gwiazd by je przyćmiło.

Mimo że zapewnienie teleskopowi czasu potrzebnego na przeprowadzenie badań byłoby kosztowne, Pascale stwierdził, że dla społeczności naukowej może być to wartościowe przedsięwzięcie.

Jak dotąd koledzy wydawali się otwarci na rozważanie gromady gwiazd jako wyjaśnienia Earendel, ale Pascale podkreśla, że artykuł nie dowodzi tego definitywnie: Poprzednie zespoły, które dokonały tego odkrycia, również przedstawiają przekonujące argumenty. Ma nadzieję, że nowe badanie jedynie wzbogaci tę dyskusję.

„Być może każdy zachowuje swoje sekretne myśli na ten temat w tajemnicy” – powiedział – „ale większość ludzi z zadowoleniem przyznaje: 'Tak, gromada gwiazd wydaje się być opcją'”.