Badania prowadzone przez naukowców z Zakładu Astrofizyki Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Otwocku dostarczają nowych, przełomowych informacji o składzie chemicznym galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Dzięki danym zebranym przez ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) naukowcy odkryli, że młode galaktyki zawierają znacznie więcej gazu i pyłu, niż przewidywały wcześniejsze modele teoretyczne.
OPIS ILUSTRACJI: Ilustracja: Obraz galaktyki o przesunięciu ku czerwieni z ~ 4,5 (uformowanej około 1,3 miliarda lat po Wielkim Wybuchu), utworzony z filtrów F090W (niebieski), F200W (zielony) i F444W (czerwony) Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba – NIRCam, który wyróżnia regiony intensywnego formowania się gwiazd. Nałożone kontury to wyniki detekcji z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA): różowy pokazuje pył galaktyki, żółty przedstawia emisję [CII] 158µm, a więc rozkład zjonizowanego gazu [CII].
„Odkryliśmy, że już na tak wczesnym etapie istnienia Wszechświata, w galaktykach znajdowała się znacząca ilość gazu i pyłu” – mówi Prasad Sawant, doktorant Zakładu Astrofizyki NCBJ i pierwszy autor badania.
Pył i gaz – klucz do powstawania gwiazd
Ewolucja galaktyk zależy od wielu procesów, w tym od obecności gazu i pyłu w ośrodku międzygwiazdowym (ISM). Pył, choć stanowi zaledwie 1% materii międzygwiazdowej, pełni kluczową rolę w formowaniu gwiazd. Ochładzanie gazu umożliwia jego zapadanie się w gęstsze struktury, prowadząc do powstawania nowych gwiazd, a te z kolei wzbogacają ISM w cięższe pierwiastki poprzez wybuchy supernowych i wiatry gwiazdowe.
„Nasze badania wskazują, że ilość pyłu, jaką obserwujemy w starszych galaktykach, można wyjaśnić jako pochodzącą z wybuchu supernowych. Jednak w przypadku najmłodszych badanych przez nas galaktyk, ten proces nie jest wystarczający do wyjaśnienia obserwowanej ilości pyłu” – dodaje Sawant.
Może Cię zainteresować:
NCBJ: Reaktor “Maria” pomoże w leczeniu nowotworów mózgu
Nowe spojrzenie na ewolucję galaktyk
Zespół z NCBJ przeanalizował dane uzyskane w ramach programu ALPINE (ALMA Large Program to Investigate [CII] at Early times), który bada emisję jonów węgla [CII]. Te jony powstają pod wpływem promieniowania UV emitowanego przez młode gwiazdy, co pozwala na dokładne oszacowanie aktywności gwiazdotwórczej oraz składu gazu i pyłu w młodych galaktykach.
W badaniach wykorzystano także modele ewolucji chemicznej, pozwalające określić, w jaki sposób różne procesy – np. odpływy gazowe czy akrecja pyłu – wpływają na skład międzygwiazdowy. Co ciekawe, wyniki wskazują, że standardowe teorie mogą wymagać korekty. W celu lepszego dopasowania modeli do obserwacji badacze testowali wariacyjną funkcję masy początkowej gwiazd (IMF).
„W naszym przypadku zbadaliśmy również postać faworyzującą powstawanie większej liczby masywnych gwiazd, co wpływa na zwiększenie liczby supernowych i produkcji pyłu” – wyjaśnia Sawant. Okazało się, że ta zmodyfikowana wersja IMF prowadziła do lepszej zgodności teoretycznych przewidywań z rzeczywistymi obserwacjami.
Przyszłość badań nad ewolucją galaktyk
Prace zespołu z NCBJ rzucają nowe światło na mechanizmy rządzące powstawaniem i niszczeniem pyłu w młodych galaktykach. Wykazano, że standardowe modele mogą nie uwzględniać wszystkich istotnych procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w pierwszym miliardzie lat po Wielkim Wybuchu.
Odkrycia te otwierają drogę do dalszych badań, zwłaszcza w kontekście nowych danych zebranych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). Astronomowie mają nadzieję, że przyszłe obserwacje pozwolą na jeszcze dokładniejsze określenie składu chemicznego najstarszych znanych galaktyk oraz roli, jaką odgrywa pył w ich ewolucji.
„Nasze wyniki wskazują, że musimy dokładniej przyjrzeć się mechanizmom powstawania pyłu w młodych galaktykach” – podsumowuje Sawant. „JWST może dostarczyć kluczowych informacji, które pomogą nam jeszcze lepiej zrozumieć ten proces.”
Dzięki takim badaniom NCBJ umacnia swoją pozycję w czołówce światowej astrofizyki, przyczyniając się do lepszego poznania Wszechświata i jego najwcześniejszych etapów ewolucji.
