Siitä lähtien, kun tähtitieteilijät tajusivat, että maailmankaikkeus on jatkuvassa laajentumisen tilassa ja että massiivinen räjähdys todennäköisesti aloitti sen kaiken 13,8 miljardia vuotta sitten (iso räjähdys), on ollut ratkaisemattomia kysymyksiä siitä, milloin ja miten ensimmäiset tähdet muodostuivat. NASAn Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) -tapahtuman ja vastaavien tehtävien keräämien tietojen perusteella tämän uskotaan tapahtuneen noin 100 miljoonaa vuotta Ison räjähdyksen jälkeen.
Suuri osa yksityiskohdista, kuinka tämä monimutkainen prosessi toimi, on jäänyt mysteereksi. Max Planckin tähtitieteen instituutin tutkijoiden johtaman ryhmän keräämät uudet todisteet osoittavat kuitenkin, että ensimmäisten tähtien on oltava muodostuneet melko nopeasti. Käyttämällä Las Campanasin observatorion Magellan-teleskooppien tietoja, joukkue havaitsi kaasupilven, jossa tähdet muodostuivat vain 850 miljoonaa vuotta suuren räjähdyksen jälkeen.
Tutkimus, joka kuvaa niiden havaintoja, jotka ilmestyivät äskettäin Astrophysical Journal, johti Eduardo Bañados. Tuolloin Carnegie-tiedeinstituutin jäsen Banados ja hänen kollegansa havaitsivat kaasupilven suorittaessaan seurantatutkimuksia tutkimuksessa, joka koski 15 kaikkein tunnetuinta kvasaria.
Tämän kyselyn oli laatinut Chiara Mazzucchelli, Euroopan eteläisen observatorion (ESO) tähtitieteilijä ja tutkimuksen avustaja osana hänen Ph.D. tutkimusta Max Planckin tähtitieteen instituutissa. Tutkiessaan erityisesti yhden kvaasarin (P183 + 05) spektriä, he totesivat, että sillä oli joitain melko ominaispiirteitä.
Käyttämällä Carnegie Institutionin 6,5 metrin pituisia Magellan-teleskooppeja Las Campanasin observatoriossa Chilessä, Banados ja hänen kollegansa tunnistivat spektrin ominaisuudet sellaisina kuin ne olivat: lähellä oleva kaasupilvi, jota kvasari valaisi. Spektrit kertoivat heille myös, kuinka kaukana kaasupilvi oli maasta - yli 13 miljardin valovuoden päässä -, joten se oli yksi kaukaisimmista, jota tähtitieteilijät ovat koskaan tarkkailleet ja tunnistaneet.
Lisäksi he löysivät spektrit, jotka osoittivat hienomäärien elementtien, kuten hiilen, hapen, raudan ja magnesiumin, läsnäolon - kemiallisesti nimeltään "metalleiksi", koska ne ovat heliumia raskaampia. Tällaiset elementit luotiin varhaisen maailmankaikkeuden aikana, kun ensimmäiset tähdet (eli "populaatio III") vapauttivat kosmokseen elinajansa päätyttyä ja räjähtivat supernoovina.
Kuten Carnegie Institute of Sciencen tähtitieteilijä ja uuden tutkimuksen kirjoittaja Michael Rauch sanoi:
"Kun olimme vakuuttuneita siitä, että [tarkastelimme] tällaista koskematonta kaasua vain 850 miljoonaa vuotta suuren iskun räjähdyksen jälkeen, aloimme miettiä, voisiko tämä järjestelmä edelleen säilyttää kemialliset allekirjoitukset, jotka ensimmäisen sukupolven tähti tuotti."
Tähtien ensimmäisen sukupolven löytäminen on jo kauan ollut tähtitieteilijöiden tavoite, koska se mahdollistaisi kattavamman käsityksen maailmankaikkeuden historiasta. Ajan myötä vetyä raskaammilla elementeillä oli avainasemassa tähteiden muodostumisessa, joissa aine rypistyi yhteen molemminpuolisen vetovoimansa takia ja läpikäy sitten painovoiman.
Koska vain vedyn ja heliumin uskotaan olevan olemassa universumissa Ison räjähdyksen jälkeen, ensimmäisellä tähtiä koskevalla sukupolvella ei ollut näitä kemiallisia elementtejä - mikä erottaa ne jokaisesta seuraavasta sukupolvesta. Siksi oli yllättävää huomata näiden elementtien suhteellinen runsaus niin varhaisessa kaasupilvissä, mikä oli tosiasiassa verrattavissa siihen, mitä tähtitieteilijät näkevät nykyään galaktien välisissä kaasupilvissä.
Nämä havainnot ovat suuri haaste perinteisille teorioille siitä, kuinka universumin ensimmäiset tähdet muodostuivat. Pohjimmiltaan se osoittaa, että tähtien muodostumisen on oltava alkanut paljon aikaisemmin näiden kemiallisten elementtien tuottamiseksi. Tyypin Ia supernovoihin liittyvien tutkimusten perusteella arvioidaan, että räjähdykset, jotka tarvitaan näiden metallien tuottamiseksi havaitulla runsaudella, kestävät noin miljardi vuotta.
Lyhyesti sanottuna tiedemiehet ovat saattaneet olla menossa noin sukupolven ajan, kun kyse on ensimmäisten tähtien syntymästä, mikä viittaa siihen, että joitain ympärillä saattaa olla joitain maailmankaikkeuden varhaisimmista ajoista. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että ensimmäisten tähtiä olisi pitänyt muodostaa melko nopeasti vety- ja helium-alkukeitosta, joka oli varhainen maailmankaikkeus. Tällä havainnolla voi olla vakavia vaikutuksia teorioihin kosmisessa evoluutiossa.
Kuten Bañados sanoi, tavoitteena on nyt vahvistaa tämä etsimällä lisää kaasupilviä, joilla on samanlainen kemiallinen määrä:
”On mielenkiintoista, että voimme mitata metallisuutta ja kemiallisia määriä niin varhaisessa vaiheessa maailmankaikkeuden historiaa, mutta jos haluamme tunnistaa ensimmäisten tähtien allekirjoitukset, meidän on koettava vielä aikaisemmin kosmisessa historiassa. Olen optimistinen, että löydämme entistä kauempana olevia kaasupilviä, jotka auttavat meitä ymmärtämään kuinka ensimmäiset tähdet syntyivät. "
Suhteellisuus kertoo meille, että tila ja aika ovat kaksi todellisuuden ilmaisua. Ergo, katsomalla kauemmas maailmankaikkeuteen, katsomme myös kauemmas taaksepäin ajassa. Täten tähtitieteilijät ovat kyenneet mukauttamaan kosmologisia mallejaan ja ajatuksiaan siitä, kuinka ja milloin kaikki alkoi. Tietäen, että maailmankaikkeuden ensimmäisten tähdet saattoivat juontaa juurensa entiseen aikaisempaan aikaan; No, se on vain osa oppimiskäyrää!
