Do poznania tajemnic Wszechświata potrzebny jest nowy, potężny teleskop. Naukowcy chcą go zbudować na Księżycu

Długo oczekiwany Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (JWST) ma wystartować w październiku 2021 roku i rozpocząć nową erę obserwacji kosmosu. Choć jego rola jest nie do przecenienia, nie pozwoli dostrzec pierwszych gwiazd, które powstały blisko Wielkiego Wybuchu. Istnieją teorie, że zanim jeszcze powstały pierwsze galaktyki, istniały gwiazdy III populacji. Ciekły teleskop zwierciadlany, który działałby z powierzchni Księżyca, mógłby je badać – przekonują naukowcy.

Grupa astronomów z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin odkryła, że pomysł teleskopu na Księżycu, odłożony na półkę przez NASA dekadę temu, może rozwiązać problem, którego żaden inny teleskop nie potrafi – mógłby zbadać pierwsze gwiazdy we Wszechświecie.

Takich możliwości nie ma nawet Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (JWST), który ma ruszyć w 2021 roku. Choć ma skupić się na podczerwonej części widma od 0,6 (światło czerwone) do 28 mikronów (podczerwień) i dostrzec bardzo odległe galaktyki, to nie dostrzeże tych, które powstały jako pierwsze, jeszcze przed uformowaniem pierwszych galaktyk. Ostatecznie Wielki Teleskop, który działałby z krateru na biegunie północnym lub południowym Księżyca, mógłby bezpośrednio obserwować pierwsze powstałe gwiazdy.

– W całej historii astronomii teleskopy stawały się coraz potężniejsze, pozwalając nam badać źródła z coraz odleglejszych czasów, coraz bliżej Wielkiego Wybuchu – podkreśla Volker Bromm, profesor na Wydziale Astronomii Uniwersytetu Teksańskiego w Austin. – Nadchodzący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba sięgnie czasu, w którym formowały się pierwsze galaktyki.

Gwiazdy obserwowane w galaktykach zostały pierwotnie podzielone na dwie populacje przez Waltera Baade'a w latach 40. XX wieku. Te z I populacji są bogate w metale, w przeciwieństwie do tych z II. Jednak nawet najbardziej ubogie w metale gwiazdy II populacji mają metaliczność znacznie większą niż gaz pozostały po Wielkim Wybuchu. Z tego powodu astronomowie wprowadzili trzecią klasę gwiazd.

Gwiazdy III populacji składają się w całości z pierwotnego gazu – wodoru, helu oraz bardzo małych ilości litu i berylu. Oznacza to, że gaz, z którego powstały gwiazdy III populacji, nie został włączony, a następnie wydalony z poprzednich generacji gwiazd, ale był nieskazitelnym materiałem pozostałym po Wielkim Wybuchu. W ten sposób stanowiłyby pierwszą generację gwiazd uformowanych w galaktyce, prawdopodobnie ok. 13 mld lat temu.

– Teorie wskazują, że przed uformowaniem się pierwszych galaktyk istniał czas, w którym formowały się pojedyncze gwiazdy tzw. III populacji. To momenty „pierwszego światła”, które są poza polem widzenia nawet potężnego teleskopu Webba. Dlatego wymagają jeszcze potężniejszego narzędzia – przekonuje Volker Bromm.

Proponowany księżycowy teleskop zwierciadlany miałby zwierciadło o średnicy 100 metrów. Jego lustro nie byłoby wykonane ze szkła, ale z lżejszego płynu – jego transport na Księżyc byłby więc tańszy. Teleskop miałby mieć postać obracającej się kadzi wypełnionej płynem, na powierzchni którego znajdowałby się metaliczny, a więc odbijający się płyn, np. rtęć. Kadź byłaby w ciągłym ruchu, w ten sposób powierzchnia płynu miałaby odpowiedni paraboliczny kształt i działała jak lustro. Skierowany byłby wciąż w ten sam skrawek nieba, aby zebrać jak najwięcej światła.

Teleskop zbudowany na Księżycu mógłby odpowiedzieć na pytania dotyczące Wielkiego Wybuchu, pomógłby też doprecyzować czas, kiedy do niego doszło.

– Pytanie, w jaki sposób powstawały gwiazdy na początku historii kosmosu, jest kluczowe. Pojawienie się pierwszych gwiazd oznacza fundamentalną zmianę w historii Wszechświata, kiedy pierwotne warunki ustanowione przez Wielki Wybuch ustąpiły miejsca stale rosnącej kosmicznej złożoności, ostatecznie formując planety, życie i inteligentne istoty – tłumaczy naukowiec.