Ankstyvas žvaigždės formavimas pristato naują kosminę paslaptį

Nauji stebėjimai rodo, kad žvaigždės pradėjo formuotis praėjus vos 250 milijonų metų po Didžiojo sprogimo - rekordininkas, kuris greičiausiai atvers naują kosmologinių tyrimų liniją.

Astronomai, žvelgiantys atgal į laiką, leidžia manyti, kad kosminis tamsusis amžius prieš tai, kai Visatoje buvo savo mirgančių šviesų jūra, galėjo trukti ne daugiau kaip 250 milijonų metų. Komanda pristatė savo rezultatus šiandien žurnale „ Nature“ .

Takuya Hashimoto (Osakos Sangyo universitetas, Japonija) ir jo kolegos panaudojo „Atacama Large Millimeter / submillimeter Array“ (ALMA) bendraamžiams galaktikoje, kurios šviesa buvo skleidžiama 550 milijonų metų po didžiojo sprogimo, pasiimant ilgai lauktą signalą: deguonį. Tai pati tolimiausia galaktika, kuriai astronomai sugebėjo aptikti atskirus elementus. Šis atskiras elementas turi papasakoti didelę istoriją.

Šiame vaizde, padarytame Hablo kosminiu teleskopu, yra galaktikų klasteris MACS J1149.5 + 2223. Įrašas rodo ALMA deguonies (žalios spalvos) vaizdą galaktikoje MACS1149-JD1, kurios šviesa į Žemę nukeliavo 13, 28 milijardo šviesmečių.
Įžanga: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Hashimoto ir kt. Įvadas: NASA / ESA Hablo kosminis teleskopas / W. Zheng (JHU) / M. Postman (STScI) / CLASH komanda

Kadangi iš Didžiojo sprogimo atsirado tik vandenilis, helis ir šiek tiek ličio, jaunoji visata buvo nesugadinta. Tik tada, kai pirmoji žvaigždžių karta sprogo, kvėpuodama anglį, deguonį ir kitus sunkius elementus į kosmosą, padidėjo visatos elementų sąrašas. Deguonies aptikimas praėjus 550 milijonų metų po Didžiojo sprogimo leidžia manyti, kad žvaigždžių karta jau buvo susiformavusi ir mirė.

Hašimoto ir jo kolegų vertinimu, pirmoji žvaigždžių karta būtų susiformavusi 250 milijonų metų po Didžiojo sprogimo - net jei Planko kosminių mikrobangų fono matavimai rodo, kad žvaigždžių formavimas nebūtų buvęs paplitęs šioje epochoje. Vis dėlto rezultatai atitinka preliminarų EDGES eksperimento, kuris rado signalą iš žvaigždžių, formuojančių praėjus vos 180 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, rezultatus. EDGES rezultatas vis dar laukia patvirtinimo iš kitų grupių, atliekančių panašius eksperimentus.

Dešimtmečius mokslininkų komandos lenktyniavo ieškodamos pirmųjų žvaigždžių parašų - ir tai daugiau nei kosminis smalsumas. „Atsiranda atnaujintas optimizmas, mes tampame vis artimesni ir tuo, kad tiesiogiai matome žvaigždės atsiradimą“, - pranešime spaudai sako koautoras Richardas Ellisas (Londono universiteto koledžas). „Kadangi mes visi esame pagaminti iš perdirbtos žvaigždžių medžiagos, tai tikrai yra mūsų pačių kilmės priežastis“.

Sprogstamoji pradžia

Be to, komanda taip pat panaudojo infraraudonųjų spindulių duomenis, paimtus naudojant Hablo kosminį teleskopą ir Spitzerio kosminį teleskopą, kad būtų galima sužinoti žvaigždžių skaičių galaktikoje. Paprastai galaktikos sudaro nedaug didelės masės žvaigždžių ir daug mažos masės žvaigždžių. Pirmiausia žūsta didelės masės žvaigždės, sprogstančios kaip supernovos po kelių milijonų metų po jų susidarymo. Tačiau mažiausios masės žvaigždės gali išgyventi trilijonus metų - daug ilgiau nei Visatos amžius.

Tačiau Hašimoto ir jo kolegos pamatė, kad galaktikoje yra dar mažiau kelių didelės masės žvaigždžių, nei tikėtasi - tai reiškia, kad žvaigždžių formavimasis pradėjo stipriai, mažėjo ir vėl pradėjo formuoti žvaigždes. Tai priešinga ankstyvosios visatos modeliavimo prognozėms. Buvo tikimasi, kad žvaigždžių susidarymo greitis šiais ankstyvaisiais epochomis didės, prasidės lėtai, o vėliau augs eksponentiškai - bent jau tokioms didelės masės galaktikoms, kokias aptiko Hashimoto komanda.

„Tai gali reikšti, kad mes nepakankamai gerai suprantame pirmosios kartos galaktikas“, - sako koautoras Erikas Zackrissonas (Upsalos universitetas, Švedija). „Gali būti, kad simuliacijose trūksta ingredientų.“

Atrasdami šį trūkstamą ingredientą, būsime būsimo darbo tikslas, tačiau „Zackrisson“ turi keletą idėjų. Gali būti, kad pati pirmoji žvaigždžių karta gamino kur kas galingesnes supernovas, nei įtaria teoretikai. O galbūt šioje konkrečioje galaktikoje yra didžioji juodoji skylė. Abu jie išlaisvins galingą vėją, kuris išstums dujas iš galaktikos ir slopins tolesnį žvaigždžių susidarymą.

Rychard Bouwens (Leideno universitetas, Nyderlandai), kuris nedalyvavo tyrime, tvirtina, kad dokumento išvados yra patikimos, tačiau neaiškios tik todėl, kad komanda iki šiol žvelgia į visatos istoriją. „Visada taip yra, kai esi ties pažangiausiais“, - sako jis. „Tai gali mums suteikti svarbių užuominų į tai, kas nutiko labai ankstyvaisiais Visatos laikais, tačiau mes negalime būti tikri, kol stebėsime daugiau objektų“.

Tiek Bouwensas, tiek Zackrissonas džiaugiasi, kad 2020 m. Bus paleistas Džeimso Webbo kosminis teleskopas, kuris šiais tiesioginiais laikais galės tiesiogiai pavaizduoti galaktikas. Tikimasi, kad Webbas atvaizduos šimtus, jei ne tūkstančius šių jaunų galaktikų. Taigi Bouwensas dabartinius stebėjimus lygina su stovinčiu ant laivo, apgaubto tirštu rūku. Nors galbūt galėsite pamatyti miglotą švyturio su Hablo ar Spitzerio kontūrais, „James Webb“ kosminis teleskopas veiks kaip saulės šviesos spinduliai - privers rūką išvalyti ir leis mums aiškiai matyti švyturį, taip pat ir uolėtą pakrantę. už jo.

Nuoroda:

T. Hashimoto ir kt. „Žvaigždžių formavimasis prasidėjo 250 milijonų metų po Didžiojo sprogimo.“ Gamta, 2018 m Gegužės 17 d.