Tabela 5.2.jpg

Hugh Ross
Stwórca i Kosmos [*]

ROZDZIAŁ PIĄTY
ODKRYCIA XXI WIEKU (cz. 6)

Populacje gwiazd odpowiadają przewidywaniom teorii Wielkiego Wybuchu

Teoria Wielkiego Wybuchu przewiduje, że po stworzeniu powstały w określonych odstępach czasu trzy różne generacje gwiazd. Astronomowie nazywają te generacje gwiazdami Populacji III, Populacji II i Populacji I. System numeracji jest odwrócony, ponieważ gwiazdy populacji III są najstarsze, ale zostały odkryte i zbadane na końcu, stąd mylący system numeracji.

Według teorii Wielkiego Wybuchu gwiazdy Populacji III powstały, gdy wszechświat liczył sobie zaledwie pół miliarda lat. Do tego czasu materia wystarczająco się zagęściła, aby mogły powstawać gwiazdy. Ponieważ jednak wszechświat wówczas rozszerzył się jeszcze w niewielkim stopniu, średnia gęstość gazów była znacznie wyższa niż gęstość obserwowana dzisiaj. Wskutek tego prawie wszystkie najwcześniejsze gwiazdy były gwiazdami nadolbrzymami. [100] Takie gwiazdy spalają się bardzo szybko (w astronomicznym sensie), bo szybciej niż 10 milionów lat. Kończą swój byt katastrofalnymi eksplozjami, rozrzucając swoje szczątki w kosmosie.

Biorąc pod uwagę krótki czas spalania i wczesne formowanie się takich gwiazd, teoretycy Wielkiego Wybuchu doszli do wniosku, że tylko nieliczne gwiazdy z populacji III powinny być nadal widoczne, a może nawet żadne nie powinny być obserwowane. Jednak pozostałości po nich powinny być widoczne. Gwiazdy populacji III pozostawiają charakterystyczną sygnaturę pierwiastków w swoich rozrzuconych popiołach. Sygnaturę tę odkrywamy we wszystkich odległych obłokach gazowych wszechświata.

Ostatnio pojawiły się dane swiadczace, że być może odkryliśmy jakieś rzadko występujące gwiazdy populacji III o niskiej masie. [101] Ich niewielka masa spowodowała, że mogły palić się wystarczająco długo, by jeszcze dzisiaj astronomowie je znajdowali. Jednak trudno je było wykryć, ponieważ pochłaniają one pozostałości po gigantycznych gwiazdach populacji III, co powoduje, że wyglądają nietypowo. Ostatnio jednak astrofizycy opracowali sposoby pozwalające odróżnić ocalałe jeszcze gwiazdy Populacji III od młodszych od nich gwiazd Populacji II, które powstają z popiołów nadolbrzymów Populacji III. [102]

Teoria Wielkiego Wybuchu dokonuje trzech głównych przewidywań na temat gwiazd populacji II: (1) ta grupa powinna być najliczniejsza spośród populacji gwiazd z tego powodu, że powstała, gdy galaktyki były młode i osiągały szczyt wydajności gwiazdotwórczej; (2) gwiazdy tej populacji powinny liczniej występować w pewnych lokalizacjach kosmosu, takich jak gromady kuliste, gdzie wczesne formowanie się gwiazd przebiega najefektywniej, oraz (3) powinny występować we wszystkich rozmiarach, we wszystkich kategoriach masy od niskich do wysokich, nie faworyzując żadnej kategorii. Wszystkie te trzy przewidywania znalazly potwierdzenie w obserwacjach astronomicznych z ostatnich kilkudziesięciu lat.

Trzecia generacja gwiazd, gwiazdy populacji I (w tym ziemskie słońce), powstała z rozrzuconych popiołów największych gwiazd populacji II. Te pozostałości łatwo odróżnić od pozostałości gwiazd populacji III, ponieważ są one co najmniej o 50% bogatsze w pierwiastki ciężkie (czyli cięższe od helu). Mgławice gazowe (lub obłoki gazowe) rozproszone w ramionach spiralnych Drogi Mlecznej i strumienie gazu, które galaktyka Drogi Mlecznej kradnie z pobliskich galaktyk karłowatych, są w rzeczywistości „pogorzeliskami” gigantycznych gwiazd populacji II.

Teoria Wielkiego Wybuchu mówi, że proces formowania się gwiazd w większości przypadków ustał wkrótce po uformowaniu się gwiazd populacji II. Dlatego większość galaktyk nie posiada gwiazd populacji I. Teoria ta mówi również, że w tych nielicznych galaktykach, w których tworzą się gwiazdy populacji I, najintensywniejszy okres formowania się gwiazd miał miejsce w ciągu ostatnich kilku miliardów lat, a najbardziej intensywnymi obszarami powstawania gwiazd były obszary o największej gęstości, takie jak jądra galaktyk i ich ramiona spiralne. (Niektóre mogły również powstać w galaktykach, które astronomowie nazywają „nieregularnymi”.) Wszystkie te cechy zostały potwierdzone przez obserwacje.

Czy teoria Wielkiego Wybuchu pozwala na uformowanie się w przyszłości gwiazd Populacji IV? Tak. Ale jednocześnie przewiduje, że populacja ta powinna być nieliczna w porównaniu z pozostałymi trzema. Wszędzie we wszechświecie astronomowie widzą oznaki tego, że proces formowania się gwiazd wkrótce całkowicie ustanie, nawet w tych galaktykach, w których wciąż aktywnie powstają gwiazdy. („Wkrótce” dla astronoma to nie jutro ani w przyszłym roku, ale za kilka miliardów lat). Astronomowie przewidują na przykład, że galaktyka Drogi Mlecznej doświadczy „krótkiego” gwałtownego formowania się gwiazd, gdy za około 4-5 miliardów lat wchłonie Wielki Obłok Magellana (galaktykę towarzyszącą) do swojego jądra. Ale Wszechświat jest już zbyt stary, by takie wydarzenia zachodziły częściej.

Najstarsze gwiazdy opowiadają swoją historię

Ponieważ teoria Wielkiego Wybuchu wskazuje, kiedy powstawały gwiazdy Populacji II – w epoce, w której galaktyki zaczęły przybierać obecny kształt, czyli około 0,5 do 1,5 miliarda lat po stworzeniu – astronomowie mogą przetestować tę teorię, określając wiek najstarszych widocznych gwiazd. Dodając do tego wieku od 0,5 do 1,5 miliarda lat, mogą porównać otrzymaną sumę z datami stworzenia sugerowanymi przez inne niezależne pomiary.

Jedną z trudności tego pozornie prostego testu jest to, że gwiazdy, podobnie jak niektórzy ludzie, czasami dobrze ukrywają swój wiek. Ale gwiazdom w gęstych gromadach można łatwiej wyznaczyć wiek, a gromady kuliste wydają się składać z najstarszych gwiazd populacji II. Tabela 5.2 wymienia najdokładniejsze datowanie wieku gwiazd gromad kulistych w pięciu różnych galaktykach. Obejmuje ona również limit, jaki badacze niedawno wyznaczyli dla najstarszych białych karłów w galaktyce, do której należy Ziemia.

Tabela 5.2: Najnowsze pomiary najstarszych gwiazd populacji II
(patrz załącznik)

Liczby wskazują, że gromady kuliste, które powstały w czasowym oknie 2–3 miliardów lat, z grubsza mają ten sam wiek w różnych galaktykach. Jeśli doda się do ich wieku lata poprzedzające formowanie się gwiazd Populacji II (1 miliard ± 0,5 miliarda lat), to otrzymany wiek zadziwiająco dobrze pasuje do wszystkich innych metod określania, jak długo wszechświat rozszerzał się od momentu stworzenia.

Przypisy:
[*] Oryginał: Hugh Ross, Ph.D., The Creator and the Cosmos, NavPress, Bringing Truth to Life, third expanded edition, Colorado Springs, Colorado 2001, s. 60–63. Z jęz. ang. tłum. Kazimierz Jodkowski.
[100] Volker Bromm, Paolo S. Coppi, and Richard B. Larson, „Forming the First Stars in the Universe: The Fragmentation of Primordial Gas”, Astrophysical Journal Letters 1999, vol. 527, L5–L8.
[101] Masayuki Y. Fujimoto, Yasufumi Ikeda, and Icko Iben, Jr., „The Origin of Extremely Metal-Poor Carbon Stars and the Search for Population III”, Astrophysical Journal Letters 2000, vol. 529, L25; A. Weiss, S. Cassisi, H. Schlattl, and M. Salaris, „Evolution of Low-Mass Metal-Free Stars Including Effects of Diffusion and External Pollution”, Astrophysical Journal 2000, vol. 533, 413.
[102] Masayuki Y. Fujimoto, Yasufumi Ikeda, and Icko Iben Jr., „The Origin...”, s. L25–L28; A. Weiss, S. Cassisi, H. Schlattl, and M. Salaris, „Evolution of Low-Mass...”, s.413–423.
[103] Eugenio Carretta, Raffaele G. Gratton, Gisela Clementini, and Flavio Fusi Pecci, „Distances, Ages, and Epoch of Formation of Globular Clusters”, Astrophysical Journal 2000, vol. 533, s. 215–235.
[104] Brad K. Gibson et al., „The Spectroscopic Age of 47 Tucanae”, Astronomical Journal 1999, vol. 118, s. 1268–1272.
[105] Jennifer A. Johnson et al., „Hubble Space Telescope Observations of the Oldest Star Clusters in the Large Magellanic Cloud”, Astrophysical Journal 1999, vol. 527, s. 199–218.
[106] Paul W. Hodge, Andrew E. Dolphin, Toby R. Smith, and Mario Mateo, „Hubble Space Telescope Studies of the WLM Galaxy. I. The Age and Metallicity of the Globular Cluster”, Astrophysical Journal 1999, vol. 521, s. 577–581.
[107] R. Buonanno et al., „The Ages of Globular Clusters in the Fornax Dwarf Galaxy”, Astrophysical Journal Letters 1998, vol. 501, L33–L36.
[108] Raul Jimenez and Paolo Padoan, „The Ages and Distances of Globular Clusters with the Luminosity Function Method: The Case of M5 and M55”, Astrophysical Journal 1998, vol. 498, s. 704–709.
[109] David S. Graff, Gregory Laughlin, and Katherine Freese, „MACHOs, White Dwarfs, and the Age of the Universe”, Astrophysical Journal 1998, vol. 499, s. 7–19.
[110] Judith G. Cohen, John Blakeslee, and Anton Ryzhov, „The Ages and Abundances of a Large Sample of M87 Globular Clusters”, Astrophysical Journal 1998, vol. 496, s. 808–826.