Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku przełamują bariery wiedzy o wczesnym Wszechświecie, badając pochodzenie pyłu węglowego w jednej z najodleglejszych znanych galaktyk – JADES–GS-z6-0. To pionierskie badanie, opierające się na danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), rzuca nowe światło na obecność złożonych cząsteczek, takich jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH), w mniej niż miliard lat od Wielkiego Wybuchu.
Badania realizowane są w ramach projektu „DINGLE – Dust IN Galaxies: Looking through its Emission”, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Zespół kierowany przez dr hab. Ambro Nanni skupił się na szczegółowej analizie i modelowaniu ewolucji kosmicznego pyłu w galaktykach powstałych we wczesnym Wszechświecie. Kluczowym celem było zrozumienie, skąd w tak młodej galaktyce pojawiły się cząstki zawierające węgiel i jak mogły się one tam uformować tak wcześnie.
Znaczenie pyłu w kosmosie i jego rola w ewolucji galaktyk
Pył kosmiczny odgrywa fundamentalną rolę w procesach formowania się gwiazd, kształtowaniu środowiska międzygwiazdowego oraz ewolucji samych galaktyk. Poznanie jego pochodzenia i mechanizmów powstawania jest kluczowe dla pełniejszego zrozumienia historii Wszechświata. Jednak badania tego zjawiska wymagają zaawansowanej infrastruktury obserwacyjnej, w tym kosmicznych teleskopów, które umożliwiają obserwację najodleglejszych obiektów z niespotykaną wcześniej dokładnością.
Korzystając z unikalnej czułości JWST, naukowcy z NCBJ skupili się na galaktykach o dużym przesunięciu ku czerwieni, które są trudne do badania innymi instrumentami. Szczególną uwagę zwrócono na tzw. „UV bump” – wyraźną nadwyżkę promieniowania w okolicy 2175 Å, obserwowaną w galaktykach powstałych w ciągu pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Zjawisko to może świadczyć o obecności ziaren pyłu zawierających węgiel, na przykład wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (PAH).
Obserwacje galaktyki JADES–GS-z6-0 i ich implikacje
Galaktyka JADES–GS-z6-0, powstała mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu, była częścią programu JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Dane z tej galaktyki ukazały silny „UV bump”, porównywalny z tym obserwowanym w Drodze Mlecznej, co sugeruje, że cząstki PAH istniały już na bardzo wczesnym etapie istnienia Wszechświata. To odkrycie może oznaczać, że złożone cząsteczki węglowe pojawiły się znacznie wcześniej, niż wcześniej przypuszczano.
Modelowanie ewolucji pyłu i mechanizmów powstawania PAH
Aby zrozumieć pochodzenie i ewolucję pyłu w badanej galaktyce, zespół dr hab. Nanni opracował zaawansowany model chemicznej ewolucji pyłu, uwzględniający źródła gwiazdowe, procesy rozbijania ziaren pyłu w wyniku fal uderzeniowych od supernowych oraz wzrost ziaren w środowisku międzygwiazdowym. Symulacje te pozwoliły na porównanie teoretycznych widm z danymi obserwacyjnymi, co wykazało, że wielopierścieniowe węglowodory mogą stanowić od 4 do 4,6% masy pyłu w tej galaktyce.
Interesujące jest to, że tradycyjne mechanizmy powstawania PAH – głównie ich synteza wokół gwiazd AGB oraz rozbijanie dużych ziaren pyłu – nie wydają się wystarczająco wydajne, by wyjaśnić tak duże ilości tych cząsteczek w tak wczesnym okresie Wszechświata. Naukowcy sugerują, że konieczne jest rozważenie dodatkowych procesów, takich jak dostarczanie węgla i pyłu z masywnych gwiazd, np. wiatrem gwiazdowym lub podczas eksplozji supernowych typu II.
Wnioski i przyszłe kierunki badań
Praca zespołu NCBJ podkreśla, jak istotne są badania nad procesami tworzenia i usuwania pyłu w kosmosie dla pełniejszego zrozumienia ewolucji galaktyk. Wyniki sugerują, że złożone cząsteczki węglowe pojawiły się znacznie wcześniej, niż to wcześniej przypuszczano, co ma potencjał do zmiany modeli powstawania galaktyk i ewolucji chemicznej wszechświata. Kontynuacja badań, z użyciem coraz bardziej zaawansowanych narzędzi obserwacyjnych i modelowych, pozwoli na jeszcze głębsze zrozumienie tych fundamentalnych procesów.
Pełne wyniki badań zostały opisane w publikacji: A. Nanni, M. Romano, D. Donevski, J. Witstok, I. Shivaei, M. Fioc, P. Sawant, Origins of Carbon Dust in a JWST-Observed Primeval Galaxy at z ~6.7, ApJL 988, L5, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ade2e5
Źródło: NCBJ, pexels
Czytaj także:
W wieku 96 lat zmarł legendarny fotografik, Tadeusz Rolke
