Nya resultat från NASA/ESA rymdteleskop Hubble tyder på att bildandet av de första stjärnorna och galaxerna i det tidiga universum ägde rum snabbare än man tidigare trott. Ett europeiskt team av astronomer har inte hittat några bevis för den första generationen stjärnor, känd som Population III-stjärnor, så långt tillbaka som när universum bara var 500 miljoner år gammalt.

Utforskningen av de allra första galaxerna är fortfarande en betydande utmaning inom modern astronomi. Vi vet inte när eller hur de första stjärnorna och galaxerna i universum bildades. Dessa frågor kan lösas med rymdteleskopet Hubble genom djupa bildobservationer. Hubble låter astronomer se universum tillbaka till inom 500 miljoner år efter Big Bang.

Ett team av europeiska forskare, ledd av Rachana Bhatawdekar från European Space Agency, satte sig för att studera den första generationen stjärnor i det tidiga universum. Kända som Population III-stjärnor, dessa stjärnor smiddes från det ursprungliga materialet som uppstod från Big Bang. Population III-stjärnor måste enbart ha gjorts av väte, helium och litium, de enda grundämnen som fanns innan processer i dessa stjärnors kärnor kunde skapa tyngre grundämnen, som syre, kväve, kol och järn.

Bhatawdekar och hennes team undersökte det tidiga universum från cirka 500 miljoner till 1 miljard år efter Big Bang genom att studera klustret MACSJ0416 och dess parallella fält med Hubble Space Telescope (med stödjande data från NASA:s Spitzer Space Telescope och det markbaserade Very Large Teleskopet för European Southern Observatory). "Vi hittade inga bevis för dessa första generationens Population III-stjärnor i detta kosmiska tidsintervall", sa Bhatawdekar om de nya resultaten.

Resultatet uppnåddes med hjälp av Hubbles rymdteleskops Wide Field Camera 3 och Advanced Camera for Surveys, som en del av programmet Hubble Frontier Fields. Detta program (som observerade sex avlägsna galaxhopar från 2012 till 2017) producerade de djupaste observationerna som någonsin gjorts av galaxhopar och galaxerna bakom dem som förstorades av gravitationslinseffekten, därigenom avslöjar galaxer 10 till 100 gånger svagare än någon tidigare observerad. Massorna av galaxhopar i förgrunden är tillräckligt stora för att böja och förstora ljuset från de mer avlägsna objekten bakom dem. Detta gör att Hubble kan använda dessa kosmiska förstoringsglas för att studera objekt som ligger utanför dess nominella operativa kapacitet.

Bhatawdekar och hennes team utvecklade en ny teknik som tar bort ljuset från de ljusa förgrundsgalaxerna som utgör dessa gravitationslinser. Detta gjorde det möjligt för dem att upptäcka galaxer med lägre massa än någonsin tidigare observerat med Hubble, på ett avstånd som motsvarar när universum var mindre än en miljard år gammalt. Vid denna tidpunkt i kosmisk tid, Bristen på bevis för exotiska stjärnpopulationer och identifieringen av många galaxer med låg massa stöder förslaget att dessa galaxer är de mest sannolika kandidaterna för återjonisering av universum. Denna period av återjonisering i det tidiga universum är när det neutrala intergalaktiska mediet joniserades av de första stjärnorna och galaxerna.

"Dessa resultat har djupgående astrofysiska konsekvenser eftersom de visar att galaxer måste ha bildats mycket tidigare än vi trodde, ", sa Bhatawdekar. "Detta stöder också starkt tanken att lågmassa/svaga galaxer i det tidiga universum är ansvariga för återjonisering."

Dessa resultat tyder också på att den tidigaste bildandet av stjärnor och galaxer inträffade mycket tidigare än vad som kan undersökas med rymdteleskopet Hubble. Detta lämnar ett spännande område av ytterligare forskning för det kommande rymdteleskopet NASA/ESA/CSA James Webb – för att studera universums tidigaste galaxer.