Sejak para ahli astronomi menyedari bahawa Alam Semesta berada dalam keadaan pengembangan yang berterusan dan letupan besar kemungkinannya melancarkannya sepanjang 13.8 bilion tahun yang lalu (Big Bang), terdapat banyak persoalan yang belum dapat diselesaikan mengenai kapan dan bagaimana bintang-bintang pertama terbentuk. Berdasarkan data yang dikumpulkan oleh Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) NASA dan misi serupa, ini dipercayai berlaku kira-kira 100 juta tahun selepas Big Bang.
Sebilangan besar perincian bagaimana proses kompleks ini berfungsi masih menjadi misteri. Walau bagaimanapun, bukti baru yang dikumpulkan oleh pasukan yang diketuai oleh penyelidik dari Max Planck Institute for Astronomy menunjukkan bahawa bintang pertama mesti terbentuk dengan cepat. Dengan menggunakan data dari Teleskop Magellan di Balai Cerap Las Campanas, pasukan itu mengamati awan gas di mana pembentukan bintang sedang berlangsung hanya 850 juta tahun setelah Big Bang.
Kajian yang menggambarkan penemuan mereka, yang baru-baru ini muncul di Jurnal Astrofizik, dipimpin oleh Eduardo Bañados. Seorang anggota di Carnegie Institution for Science pada masa itu, Banados dan rakan-rakannya memerhatikan awan gas ketika melakukan pemerhatian susulan pada tinjauan ke atas 15 kuarsa paling jauh yang diketahui.
Tinjauan ini telah disiapkan oleh Chiara Mazzucchelli, ahli astronomi dengan Balai Cerap Eropah Selatan (ESO) dan pengarang bersama kajian ini, sebagai sebahagian daripada Ph.D. penyelidikan di Max Planck Institute for Astronomy. Semasa memeriksa spektrum satu quasar khususnya (P183 + 05), mereka menyatakan bahawa ia memiliki beberapa ciri yang agak pelik.
Dengan menggunakan Teleskop Magellan 6,5 m dari Carnegie Institution di Observatorium Las Campanas di Chile, Banados dan rakan-rakannya mengenali ciri spektrum untuk apa itu: awan gas berdekatan yang sedang diterangi oleh quasar. Spektrum tersebut juga memberitahu mereka sejauh mana awan gas dari Bumi - lebih dari 13 bilion tahun cahaya - menjadikannya salah satu yang paling jauh yang pernah diperhatikan dan dikenal pasti oleh para astronom.
Di samping itu, mereka menemukan spektrum yang menunjukkan adanya sejumlah unsur seperti karbon, oksigen, besi, dan magnesium - secara kimia ditetapkan sebagai "logam" kerana lebih berat daripada helium. Unsur-unsur seperti itu diciptakan pada awal Alam Semesta sebagai bintang generasi pertama (alias "populasi III") membebaskannya ke alam semesta setelah mereka mencapai akhir hayat mereka dan meletup sebagai supernova.
Seperti yang dikatakan oleh Michael Rauch, ahli astronomi dari Carnegie Institution of Science dan pengarang bersama kajian baru itu:
"Setelah kami yakin bahawa [kami] melihat gas murni seperti itu hanya 850 juta tahun setelah Big Bang, kami mula bertanya-tanya adakah sistem ini masih dapat mengekalkan tanda tangan kimia yang dihasilkan oleh generasi bintang pertama."
Menjumpai generasi pertama bintang telah lama menjadi tujuan para ahli astronomi kerana ini akan memungkinkan pemahaman yang lebih menyeluruh mengenai sejarah Alam Semesta. Seiring berjalannya waktu, unsur-unsur yang lebih berat daripada hidrogen memainkan peranan penting dalam pembentukan bintang, di mana bahan bergumpal bersama kerana tarikan bersama dan kemudian mengalami keruntuhan graviti.
Oleh kerana hanya hidrogen dan helium yang dipercayai wujud di Alam Semesta selepas Big Bang, generasi pertama bintang tidak mempunyai unsur kimia ini - yang menjadikannya berbeza dari setiap generasi yang mengikuti. Oleh itu, sangat mengejutkan apabila terdapat banyak unsur-unsur ini dalam awan gas awal, yang sebenarnya setanding dengan apa yang dilihat oleh para astronom dalam awan gas intergalaksi hari ini.
Pemerhatian ini menimbulkan cabaran besar bagi teori konvensional mengenai bagaimana bintang pertama di Alam Semesta kita terbentuk. Pada dasarnya, ini menunjukkan bahawa pembentukan bintang mesti bermula lebih awal untuk menghasilkan unsur-unsur kimia ini. Berdasarkan kajian yang melibatkan supernova jenis Ia, dianggarkan bahawa letupan yang diperlukan untuk menghasilkan logam ini dengan jumlah yang diperhatikan akan memakan masa sekitar 1 bilion tahun untuk berlaku.
Pendek kata, para saintis mungkin telah berusia sekitar satu generasi ketika bintang-bintang pertama dilahirkan, yang menyiratkan bahawa mungkin ada beberapa abad selama jaman awal Alam Semesta. Ini secara berkesan bermaksud bahawa bintang-bintang pertama harus terbentuk dengan cepat dari sup hidrogen dan helium purba yang merupakan alam semesta awal. Penemuan ini boleh memberi implikasi serius terhadap teori evolusi kosmik.
Seperti kata Bañados, tujuannya sekarang adalah untuk mengesahkan ini dengan mencari awan gas tambahan yang mempunyai banyak bahan kimia yang serupa:
"Sangat mengasyikkan bahawa kita dapat mengukur logam dan kelimpahan kimia pada awal sejarah alam semesta, tetapi jika kita ingin mengenal pasti tanda-tanda bintang pertama, kita perlu menyiasat lebih awal dalam sejarah kosmik. Saya optimis bahawa kita akan menemui awan gas yang jauh lebih jauh, yang dapat membantu kita memahami bagaimana bintang pertama dilahirkan. "
Relativiti memberitahu kita bahawa ruang dan masa adalah dua ungkapan realiti yang sama. Ergo, dengan melihat lebih jauh ke Alam Semesta, kita juga melihat ke masa lalu. Dengan berbuat demikian, ahli astronomi dapat menyesuaikan model dan idea kosmologi mereka tentang bagaimana dan kapan semuanya bermula. Mengetahui bahawa bintang-bintang pertama di Alam Semesta dapat menjadikan asal-usulnya diturunkan ke masa yang lebih awal; baik, itu hanya sebahagian daripada keluk pembelajaran!
