Tym razem trop jest wyjątkowo konkretny: w bardzo odległej galaktyce badacze znaleźli chemiczny ślad, który pasuje do czegoś, co dziś wydaje się wręcz niewyobrażalne. Gwiazd tak ogromnych, że w obecnym Wszechświecie praktycznie nie mają prawa powstawać.
Co właściwie zauważono i dlaczego to nie jest zwykła sensacja?
W odległej galaktyce o nazwie GS 3073 widzianej w stanie sprzed ponad miliarda lat, po Wielkim Wybuchu, zespół badaczy przeanalizował skład chemiczny gazu i gwiazd za pomocą danych z Teleskopu Jamesa Webba. Najmocniej wybił się jeden szczegół: relacja azotu do tlenu okazała się ekstremalnie wysoka, na poziomie około 0,46, i nie pasuje do typowych scenariuszy ewolucji gwiazd, które znamy z późniejszych epok kosmicznych.
Tu warto ostudzić emocje: nikt nie zrobił zdjęcia pojedynczej pierwszej gwiazdy. To nadal astronomia śladów po ognisku, a nie oglądanie płomienia. Ale w tej dziedzinie to właśnie ślady liczą się najbardziej, bo na tym etapie odległości i czasu kosmicznego każdy foton jest już opowieścią po przejściach.
Co ciekawe, w samym jądrze GS 3073 widać też aktywną czarną dziurę, co dodaje całej historii drugie dno. Jeśli ten scenariusz się obroni, będziemy mieć jednocześnie trop do pochodzenia nietypowej chemii i do tego, skąd tak wcześnie wzięły się potężne czarne dziury.
Gwiezdne potwory: skąd azot i dlaczego liczy się skala
Model, który ma wyjaśnić nadmiar azotu, zakłada istnienie tak zwanych gwiazd potworów o masach rzędu 1000 do 10 000 mas Słońca. W takim układzie w jądrze zachodzi spalanie helu prowadzące do powstawania węgla, a później węgiel przedostaje się do warstwy, gdzie spala się wodór. Tam uruchamia się mechanizm, który produkuje duże ilości azotu, a konwekcja rozprowadza go po gwieździe i pozwala zanieczyścić otoczenie, zanim obiekt zniknie.
Najbardziej frapuje mnie to, że w tym pomyśle wszystko jest na styk. Z obliczeń wychodzi tak zwane okno mas: poniżej około 1000 mas Słońca i powyżej około 10 000 wzór chemiczny przestaje pasować. To nie jest opowieść o dowolnie wielkiej gwieździe, tylko o bardzo konkretnym zakresie, który zostawia równie konkretny podpis.
A skoro mowa o tempie: takie obiekty miały żyć zaledwie około 250 tysięcy lat. W ludzkiej skali brzmi to, jak długo, w kosmicznej to mgnienie. Tyle że mgnienie wystarczy, żeby nasycić galaktykę pierwiastkami i uruchomić efekt domina.
Dlaczego to może tłumaczyć zagadkę młodych supermasywnych czarnych dziur?
Od lat astronomowie głowią się nad tym, jak mogły powstać supermasywne czarne dziury, które widzimy już bardzo wcześnie w historii Wszechświata. Klasyczna ścieżka, czyli czarna dziura rośnie powoli z resztek po supernowych, bywa zbyt wolna, gdy czasu jest mniej niż miliard lat. W tym kontekście gwiazda, która zapada się bez wybuchu i od razu daje czarną dziurę o masie tysięcy Słońc, działa jak kosmiczny skrót.
W proponowanym scenariuszu te potężne gwiazdy nie kończą życia widowiskową eksplozją, tylko bezpośrednim kolapsem. Zostaje masywny zalążek czarnej dziury, a potem wystarczy już tylko karmienie gazem, żeby szybko dojść do poziomu kwazarów.
Jeżeli do tego GS 3073 rzeczywiście ma aktywną czarną dziurę w centrum, to robi się to podejrzanie spójne. Nie jako dowód koronny, ale jako scenariusz, który zaczyna łączyć punkty bez wpychania na siłę egzotyki.
Jak to sprawdzić i gdzie najłatwiej się pomylić?
W praktyce kluczowe będzie znalezienie większej liczby galaktyk z podobnym przegiętym stosunkiem azotu do tlenu. Jeśli JWST zacznie seryjnie wyciągać takie przypadki z wczesnego Wszechświata, chemiczny podpis przestanie być ciekawostką, a zacznie być wzorcem.
Jest też druga strona medalu: w astronomii wczesnego Wszechświata różne zjawiska potrafią wyglądać podobnie. Emisje, linie widmowe i ich interpretacje bywają zdradliwe, bo mieszają się tu wpływy gwiazd, czarnych dziur i warunków w gazie. Dlatego najzdrowsze podejście brzmi dziś tak: bardzo mocna poszlaka, jeszcze nie ostateczny werdykt.
I to jest w sumie dobra wiadomość. Bo najlepsze odkrycia to te, które nie zamykają tematu jednym nagłówkiem, tylko otwierają cały nowy rozdział obserwacji.
Po co nam ta kosmiczna archeologia?
Nie oglądamy pierwszych gwiazd jak na zdjęciu z wakacji. Wydzieramy je z liczb, proporcji i fizyki, która musi się spinać, nawet jeśli brzmi jak science fiction. I właśnie dlatego takie doniesienia są ważniejsze, niż sugeruje clickbaitowa otoczka.
Jeśli te gwiezdne kolosy faktycznie istniały, to zmienia nam intuicję o tym, jak szybko Wszechświat potrafił przejść od prostego wodoru i helu do bardziej złożonej chemii, struktur i potężnych czarnych dziur. To trochę jak odkrycie, że na samym początku ktoś nie tylko zapalił świeczkę, ale od razu rozpalił hutniczy piec.
A najbardziej mnie cieszy perspektywa, że to nie jest jednorazowy strzał. JWST dopiero się rozkręca w polowaniu na najdalsze obiekty. Jeśli za chwilę zobaczymy kolejne galaktyki z podobnym podpisem, pierwsze gwiazdy przestaną być mitem z podręcznika, a staną się serią obserwacyjnych faktów, z którymi trzeba będzie ułożyć nową, ciekawszą opowieść o dzieciństwie kosmosu.