De decenii, stelele de Populația III au ocupat un loc aparte în astrofizică: prezise universal, dar niciodată observate direct. Conform teoriei cosmologice standard, ele s-au condensat din nori aproape puri de hidrogen și heliu, singurele elemente forjate în timpul Big Bang-ului.
Fără carbon, fără oxigen, fără fier. Prima generație stelară s-a născut într-un Univers chimic virgin, înainte ca orice altceva să poată exista. Aceste stele au reprezentat astfel începutul alchimiei stelare cosmice.
Masa lor era adesea gigantică, ceea ce le făcea să ardă rapid și să moară tinere, în doar câteva milioane de ani – o clipire la scară cosmică. De aceea, este aproape imposibil să le observăm astăzi în Universul apropiat, deoarece ele au dispărut de miliarde de ani.
Se estimează că stelele de până la 1.000 de mase solare trebuiau să fie de sute de milioane, chiar un miliard de ori mai luminoase decât Soarele, cu o temperatură de suprafață de aproximativ 100.000 °C.
Fotonii emiși, extrem de energetici, trebuie să fi ionizat puternic gazul ambiental de hidrogen și heliu, ducând Universul în Era Reionizării, la aproximativ 400 de milioane de ani după Eonul Întunecat. Acești colosi au aprins, la propriu, cosmosul.
Telescopul Spațial James Webb (JWST) ne-a purtat înapoi în timp, cu peste 13 miliarde de ani, pentru a ne plasa în inima galaxiei GN-z11, una dintre cele mai luminoase din Universul primordial.
Acolo, astronomii au detectat un semnal neobișnuit, iar grație preciziei fără precedent a instrumentului de spectroscopie în infraroșu apropiat (NIRSpec-IFU) de la bordul JWST, au reușit să înțeleagă originea acestuia: o posibilă aglomerare a primelor stele din Universul nostru.
Semnalul provine de la un mic obiect, denumit Hebe, situat la aproximativ 3 kiloparseci de GN-z11, o galaxie observată așa cum exista la circa 400 de milioane de ani după Big Bang. Linia de emisie distinctivă a acestui obiect indică o semnătură foarte specifică: cea a heliului dublu ionizat.
Pentru a ioniza heliul de două ori, adică pentru a-i smulge ambii electroni, este necesară o sursă de radiații cu o energie extraordinară – genul de energie pe care doar stelele primordiale, extrem de masive, îl pot genera.
Echipa lui Roberto Maiolino de la Universitatea Cambridge a confirmat că acest semnal de heliu este real și l-a descompus în două componente distincte. Într
-un studiu separat, echipa Elkei Rusta de la Universitatea din Florența a detectat independent o linie de emisie de hidrogen în aceeași locație, oferind un al doilea punct de ancorare pentru identificare.
Niciunul dintre cele două studii nu a găsit vreo urmă de elemente mai grele în emisii, iar această absență se dovedește a fi decisivă. Absența elementelor mai grele, cunoscute în astrofizică drept „metale”, reprezintă detaliul crucial.
Fiecare generație de stele, după prima, a încorporat elemente grele forjate în exploziile stelare anterioare.
Descoperirea unei surse care emite doar linii de heliu și hidrogen, fără nimic altceva, constituie exact amprenta chimică pe care teoreticienii au prezis-o de mult timp pentru stelele de Populația III.
Un spectru curat de orice metal este, într-un fel, ca și cum am citi semnătura unei lumi dinaintea lumii. Folosind modelarea teoretică, echipa lui Rusta a putut exploata raportul heliu/hidrogen observat în Hebe pentru a constrânge masa acestor prime stele.
Analiza lor favorizează o distribuție de masă predominant înaltă, cu majoritatea stelelor cuprinse între aproximativ 10 și 100 de ori masa Soarelui, ceea ce este în concordanță cu predicțiile că primele stele au fost fierbinți și masive, formându-se într-un Univers încă neîmbogățit cu elemente grele.
Potrivit cercetătorilor, „nimic altceva nu poate explica aceste rezultate”, nici măcar introducerea în ecuație a unei găuri negre primordiale.
Acest aspect este important, deoarece în anii precedenți, mai mulți candidați serioși pentru detectarea Populației III au fost excluși tocmai pentru că o gaură neagră supermasivă putea imita anumite semnături.
Acum, cele două echipe independente converg spre aceeași concluzie din două unghiuri spectrale diferite. Aceste stele, deși efemere, epuizându-și combustibilul și explodând în supernove în doar câteva milioane de ani, au fost vitale pentru Univers.
Exploziile lor au eliberat elemente mai grele formate în interior, cum ar fi oxigenul și carbonul, care au dat naștere stelelor de Populația II, apoi stelelor de Populația I, cum este Soarele nostru, planetelor precum Pământul și vieții însăși.
Fierul din sângele nostru are o adresă de origine: o supernova de Populația III, undeva în acest Univers primordial. Obiectul însoțitor Hebe, situat în vecinătatea gravitațională a GN-z11, pare să fie o mică regiune de formare stelară.
Dimensiunea sa redusă și puritatea chimică sugerează că ar putea reprezenta o pungă de gaz care nu fusese încă îmbogățită de generațiile stelare anterioare, o pepinieră aproape intactă pentru stelele de primă generație într-un Univers încă suficient de tânăr pentru a conține astfel de sanctuare.
Aceste observații nu constituie o dovadă directă a existenței stelelor de Populația III, dar reprezintă cel mai convingător indiciu obținut până în prezent. Este un pas decisiv către confirmarea mult așteptată a observării primei generații de stele.
Ceea ce face acest rezultat mai robust decât o simplă afirmație a unei singure echipe este tocmai confirmarea independentă: două grupuri de cercetare au detectat semnalul de heliu și componentele sale prin linii spectrale diferite, provenind de la același obiect. Într
-un domeniu în care fiecare candidat ajungea să fie contrazis, această convergență schimbă natura dezbaterii. Nu mai căutăm să dovedim existența lor; începem să le cartografiem.
