Astronomové objevují první přímý důkaz „monstrózních hvězd“ z kosmického úsvitu

Mezinárodní tým vědců vedený Centrem pro astrofyziku | Harvard a Smithsonian pomocí teleskopu Jamese Webba objevil chemické stopy obrovských primordiálních hvězd, které patřily mezi první, jež vznikly po Velkém třesku.

Cambridge, MA (9. prosince 2025) — Po dvě dekády se astronomové snažili pochopit, jak mohly superhmotné černé díry, které patří mezi nejjasnější objekty ve vesmíru, existovat méně než miliardu let po Velkém třesku. Normální hvězdy neměly možnost vytvořit takto masivní černé díry dostatečně rychle.

Nově však mezinárodní tým astronomů využívající NASA teleskop James Webb (JWST) našel první přesvědčivý důkaz, který tento kosmický záhadě poskytuje odpověď: „monstrózní hvězdy“ o hmotnosti mezi 1 000 a 10 000 násobkem hmotnosti našeho Slunce existovaly v ranném vesmíru. Tento průlom vznikl zkoumáním chemických signatur v galaxii nazvané GS 3073.

Přelomový objev

Nová studie vedená vědci z Centra pro astrofyziku | Harvard a Smithsonian (CfA) a Univerzity v Portsmouthu ve Velké Británii objevila extrémní nerovnováhu mezi dusíkem a kyslíkem, kterou nelze vysvětlit žádným známým typem hvězdy.

V roce 2022 vědci publikovali práci v časopise Nature, která předpověděla, že superhmotné hvězdy se přirozeně formovaly ve vzácných, turbulentních proudech studeného plynu v ranném vesmíru, což vysvětluje, jak quasary (extrémně jasné černé díry) mohly existovat méně než miliardu let po Velkém třesku.

„Náš nejnovější objev pomáhá vyřešit dvacetiletou kosmickou záhadu,“ uvedl Daniel Whalen z Portsmouthova institutu pro kosmologii a gravitaci. „S GS 3073 máme první pozorovací důkaz, že tyto monstrózní hvězdy existovaly. Tyto kosmické obry by hořely jasně pouze krátký čas, než by se zhroutily do masivních černých děr, čímž by zanechaly chemické signatury, které můžeme detekovat miliardy let poté. Podobně jako dinosauři na Zemi byly obrovské a primitivní. A měly krátký život, žijící pouze čtvrt milionu let, což je v měřítku vesmíru jen krátký okamžik.“

Klíč k objevu

Klíčem k objevu bylo měření poměru dusíku k kyslíku v GS 3073. Galaxie obsahuje poměr dusíku a kyslíku 0,46, což je daleko vyšší, než jakýkoliv známý typ hvězdy nebo hvězdné exploze.

Devesh Nandal, postdoktorální výzkumník ze Švýcarské národní vědecké nadace na Cfa’s Institutu pro teorii a výpočet, řekl: „Chemické abundance fungují jako kosmický otisk prstu, a vzor v GS 3073 je na rozdíl od čehokoliv, co mohou produkovat obyčejné hvězdy. Její extrémní dusík odpovídá pouze jednomu druhu zdroje, které známe: primordiálním hvězdám tisíckrát masivnějším než naše Slunce. To nám říká, že první generace hvězd zahrnovala opravdu superhmotné objekty, které pomohly formovat rané galaxie a možná také zasely současné superhmotné černé díry.“

Mechanismus vzniku dusíku

Vědci modelovali, jak se hvězdy o hmotnosti mezi 1 000 a 10 000 slunečních hmotností vyvíjejí a jaké prvky produkují. Objevili konkrétní mechanismus, který vytváří obrovské množství dusíku:

Tato obrovská hvězda spaluje helium ve svém jádru, čímž produkuje uhlík;
Uhlík uniká do okolního pláště, kde hoří vodík;
Uhlík se spojí s vodíkem a vytváří dusík prostřednictvím cyklu uhlík/dusík/kyslík (CNO);
Konvektivní proudy rozvádějí dusík po celé hvězdě;
Nakonec je tento materiál bohatý na dusík vyhozen do prostoru, čímž obohacuje okolní plyn.

Proces pokračuje po miliony let během fáze spalování helia hvězdy, což vytváří nadbytek dusíku pozorovaný v GS 3073.

Modely publikované v Astrophysical Journal Letters také předpovídají, co se stane, když tyto monstrózní hvězdy zemřou. Nebo explodují. Místo toho se přímo zhroutí do masivních černých děr s hmotností tisíců slunečních hmotností.

Zajímavé spojení s černou dírou

GS 3073 obsahuje aktivně se krmící černou díru ve svém centru, což může být samotný pozůstatek jedné z těchto superhmotných prvních hvězd. Pokud to bude potvrzeno, vyřeší to dva záhady současně: odkud přichází dusík a jak vznikla černá díra.

Studie rovněž zjistila, že tato dusíková signatura se objevuje pouze v určitém rozmezí hmotností. Hvězdy menší než 1 000 slunečních hmotností nebo větší než 10 000 slunečních hmotností nevytvářejí správný chemický vzor pro signaturu, což naznačuje „sweet spot“ pro tento typ obohacení.

Nové obzory ve studiu vesmíru

Tato zjištění otevírají nové okno do prvních několika set milionů let vesmíru, období, které astronomové nazývají „kosmickým temným věkem“, kdy první hvězdy vzplanuly a začaly transformovat jednoduchou chemii ranného vesmíru do bohaté škály prvků, které dnes vidíme.

Vědci předpovídají, že JWST nalezne více galaxií se podobnými nadbytky dusíku, jak pokračuje v průzkumu raného vesmíru. Každý nový objev posílí argumenty pro tyto ultra-masivní první hvězdy.

Zdroj: Nandal, D. et al, „1000-10,000 M⊙ Primordiální hvězdy vytvořily nadbytek dusíku v GS 3073 při z = 5.55,“ The Astrophysical Journal Letters, doi: 10.3847/2041-8213/ae1a63

O Centru pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian

Centrum pro astrofyziku | Harvard & Smithsonian je spolupráce mezi Harvardem a Smithsonianem, jejímž cílem je klást a nakonec odpovědět na největší nevyřešené otázky lidstva týkající se povahy vesmíru. Centrum pro astrofyziku má sídlo v Cambridge, MA a výzkumná pracoviště po celých Spojených státech a ve světě.