En ung galax innehållande en mängd av metaller.

 

Astrofysiker som arbetat med JWST(James Webb teleskopet) har hittat en överraskande mängd metall i en ung galax bara 350 miljoner år efter Big Bang.

Ursprunget till universums första metaller är en grundläggande fråga inom astrofysiken. Strax efter Big Bang bestod universum nästan helt av väte det enklaste av grundämnena. Det fanns även lite helium, något litium och möjligen en oändligt liten mängd beryllium. I grundämnenas periodiska system är dessa de fyra första.

Inom astronofysiken kallas alla grundämnen tyngre än väte och helium för metaller. Metaller produceras i stjärnor och ingen annanstans (förutom den lilla mängd som producerades vid Big Bang). Att spåra bildandet av universums metaller från Big Bang till idag är ett av astrofysikens grundläggande strävanden.

Ett forskarlag som arbetar med JADES-observationer (Advanced Deep Extragalactic Survey) upptäckte att galaxen innehåller kol. Eventuellt även syre och neon alla klassade som metaller inom astrofysiken. Resultaten presenterades i en  artikel med titeln "JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang in a gas-rich galaxy". Huvudförfattare är Francesco D'Eugenio, postdoktoral astrofysiker vid Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge.

De första stjärnorna som bildades i universum kallas Population III-stjärnor (stjärnor uppbyggda helt utan metaller) . De är de äldsta stjärnorna och de var massiva, lysande och heta, och innehöll nästan ingen metall. Den lilla mängd metaller de innehöll kom från de första supernovorna.

Mycket av vår kunskap om Population III-stjärnor är teoretisk eftersom dessa uråldriga stjärnor, i sina uråldriga galaxer, är extremt svåra att observera. Men JWST (Webbteleskopet) är dock kapabel till det. Teleskopet kan inte urskilja enskilda stjärnor, men dess kraftfulla instrument NIRSpec kan upptäcka olika grundämnen i galaxer med hjälp av dess avslöjande ljussignaturer.

Är det verkligen kol i stjärnorna i denna avlägsna, uråldriga galax eller kan det vara något annat som upptäckts? Den uråldriga galaxen har mer än bara stjärnor. Här finns även ett supermassivt svart hål (SMBH). När en SMBH livnär sig på materia kan den blossa upp starkt som en aktiv galaxkärna (AGN. (Asymptotic Giant Branch)) Den ljussignalen kan vara vad JWST ser.

Det finns en annan potentiell källa till kol i galaxer. De är AGB-stjärnor – asymptotiska jättestjärnor. AGB-stjärnor är inte stora explosiva stjärnor som supernovornas föregångare är utan stora stjärnor som har lämnat huvudserien. Jämfört med supernovor som producerar mycket tunga metaller producerar AGB-stjärnor bara lite metaller.

Men det tar lång tid för en stjärna att utvecklas till en AGB-stjärna. När universum bara var 350 miljoner år gammalt hade inga stjärnor funnits tillräckligt länge för att bli AGB stjärnor. AGB-stjärnor kan inte bidra till kolanrikning under dessa tidiga epoker, skriver författarna.

Forskarna rapporterar att kol har upptäckts men kan inte säga exakt var det kommer ifrån. De kan vara arvet från den första generationen supernovor från Population III:s förfäder", skriver de.  Trots all observationstid kan forskarna bara komma fram till preliminära förklaringar till de metaller de upptäckt. Det är inte särskilt praktiskt att använda hela 65 timmars JWST-tid för att studera galaxspektroskopi, men det är vad JWST behöver göra för att få en exakt spektroskopi. Vi får se om denna tid ges i Webbteleskopets agenda där lång tid framåt är fulltecknat.

Bild pxhere.com