En nyligen genomförd studie ledd av forskargruppen av professor Jane Lixin Dai vid institutionen för fysik vid University of Hong Kong (HKU) har upptäckt en ny metod för att upptäcka första generationens stjärnor, känd som Population III (Pop III) stjärnor, som aldrig har upptäckts direkt.
Forskningen har fått ett brett erkännande av det internationella astronomisamfundet med en höjdpunkt från Space Telescope Science Institute, som driver flera NASA-teleskop. Dessa potentiella upptäckter om Pop III-stjärnor har löftet att låsa upp hemligheterna kring universums ursprung och ge en djupare förståelse för den anmärkningsvärda resan från det ursprungliga kosmos till världen vi lever i idag.
Deras resultat har nyligen publicerats i The Astrophysical Journal Letters .
Strax efter att universum började med Big Bang började de första stjärnorna, huvudsakligen sammansatta av väte och helium, att bildas. Egenskaperna hos dessa första generationens stjärnor, Pop III, skiljer sig mycket från stjärnor som vår egen sol eller till och med de som bildas idag. De var oerhört varma, gigantiska i storlek och massa, men mycket kortlivade.
Pop III-stjärnor är de första fabrikerna som syntetiserar de flesta grundämnen som är tyngre än väte och helium runt omkring oss idag. De är också mycket viktiga för att bilda senare generationer av stjärnor och galaxer. Det har dock inte gjorts övertygande direkta upptäckter av Pop III-stjärnor hittills, eftersom dessa stjärnor som bildades i det tidiga universum är mycket långt borta och alldeles för svaga för något av våra teleskop på marken eller i rymden.
För första gången upptäckte HKU-forskare en ny metod för att upptäcka dessa första stjärnor i det tidiga universum. En nyligen genomförd studie ledd av professor Dais forskargrupp vid institutionen för fysik vid HKU föreslog att en Pop III-stjärna kan slitas sönder i bitar av tidvattenkraft om den vandrar in i närheten av ett massivt svart hål.
I en sådan tidvattenavbrottshändelse (TDE) festar det svarta hålet sig på stjärnskräpet och producerar mycket lysande bloss. Forskarna undersökte den komplexa fysiska processen som är involverad och visade att dessa flammor kan lysa över miljarder ljusår för att nå oss idag. Viktigast av allt, de har funnit att de unika signaturerna för dessa TDE-flammor kan användas för att identifiera förekomsten av Pop III-stjärnor och få insikter om deras egenskaper.
"När de energirika fotonerna färdas från ett mycket långt avstånd, kommer tidsskalan för utblossningen att sträckas ut på grund av universums expansion. Dessa TDE-flammor kommer att stiga och förfalla under en mycket lång tidsperiod, vilket skiljer dem från TDE:erna av stjärnor av soltyp i det närliggande universum, säger professor Dai, huvudforskare och motsvarande författare till projektet.
"Intressant nog är att inte bara tidsskalorna för blossarna är utsträckta, utan även deras våglängd. Det optiska och ultravioletta ljuset som sänds ut av TDE kommer att överföras till infraröda strålar när de når jorden," Dr Rudrani Kar Chowdhury, postdoktor vid Institutionen för fysik vid HKU och uppsatsens första författare, tillade.
Det som gör upptäckten mer spännande är att två NASAs flaggskeppsuppdrag, det nyligen lanserade James Webb Space Telescope (JWST) och det kommande Nancy Grace Roman Space Telescope (Roman), har förmågan att observera sådana infraröda utsläpp från stora avstånd.
Professor Priya Natarajan vid institutionen för astronomi och fysik vid Yale University och en medförfattare till tidningen sa:"Romans unika förmåga att samtidigt kunna observera ett stort område av himlen och titta djupt in i det tidiga universum gör det till en lovande sond för att detektera dessa Pop III TDE-ljus, vilket i sin tur skulle fungera som en indirekt upptäckt av Pop III-stjärnor."
Janet Chang, en Ph.D. student vid institutionen för fysik vid HKU och medförfattare till uppsatsen, tillade:"Vi förväntar oss att några dussintals av dessa händelser kommer att upptäckas av Roman varje år om rätt observationsstrategi eftersträvas."
Med dessa fynd i åtanke kommer det kommande decenniet att presentera en betydande potential för att identifiera dessa distinkta källor, vilket leder till spännande avslöjanden om Pop III-stjärnor och reda ut mysterierna kring universums tillkomst.
Mer information: Rudrani Kar Chowdhury et al, Detecting Population III Stars through Tidal Disruption Events in the Era of JWST and Roman, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad41b7
Journalinformation: Astrophysical Journal Letters
Tillhandahålls av University of Hong Kong
