Οι εκρήξεις αστεριών μπορούν να κάνουν τους νεαρούς γαλαξίες να θαμπώσουν
Στο διάστημα, η φωτεινότητα ενός γαλαξία τυπικά καθορίζεται από τη μάζα του. Ωστόσο, ορισμένες νέες έρευνες υποδεικνύουν ό
τι
οι γαλαξίες με μικρότερη μάζα μπορούν στην πραγματικότητα να λάμπουν εξίσου φωτεινά με τους μεγαλύτερους. Λόγω των ακανόνιστων και λαμπρών εκρήξεων σχηματισμού αστεριών, ορισμένοι νεότεροι γαλαξίες φαίνονται απατηλά μεγάλοι. Τα νέα ευρήματα αναφέρονται αναλυτικά στο α
μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 3 Οκτωβρίου στο
Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού
.
[Related:
Our universe mastered the art of making galaxies while it was still young
.]
Οι πρώτες αστρικές εικόνες που κυκλοφόρησαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο
James
Webb (JWST) το 2022 ήρθαν με ένα μικρό δίλημμα. Σε ορισμένους αστρονόμους, οι νεαροί γαλαξίες φαινόταν να είναι πολύ φωτεινοί, πολύ μεγάλοι και πολύ ώριμοι για να έχουν σχηματιστεί τόσο σύντομα μετά τη μεγάλη έκρηξη, σχεδόν σαν ένα βρέφος να μεγαλώσει σε ενήλικο μετά από λίγα μόνο χρόνια.
«Η ανακάλυψη αυτών των γαλαξιών ήταν μια μεγάλη έκπληξη γιατί ήταν πολύ φωτεινότεροι από ό,τι αναμενόταν», συντάκτης της μελέτης και αστροφυσικός του Northwestern University Claude-André Faucher-Giguère.
είπε σε δήλωση.
«Τυπικά, ένας γαλαξίας είναι φωτεινός επειδή είναι μεγάλος. Επειδή όμως αυτοί οι γαλαξίες σχηματίστηκαν την κοσμική αυγή, δεν έχει περάσει αρκετός χρόνος από τη Μεγάλη Έκρηξη. Πώς θα μπορούσαν αυτοί οι τεράστιοι γαλαξίες να συγκεντρωθούν τόσο γρήγορα; Οι προσομοιώσεις μας δείχνουν ότι οι γαλαξίες δεν έχουν κανένα πρόβλημα να σχηματίσουν αυτή τη φωτεινότητα μέχρι την κοσμική αυγή».
Η περίοδος στην κοσμολογική
ιστορία
που ονομάζεται Κοσμική Αυγή διήρκεσε από περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια έως 1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη μεγάλη έκρηξη και χαρακτηρίζεται από
σχηματισμός των πρώτων αστέρων και γαλαξιών στο σύμπαν
.
«Το JWST μας έφερε πολλές γνώσεις για την κοσμική αυγή», ο συν-συγγραφέας της μελέτης και αστροφυσικός του Northwestern University Guochao Sun.
είπε σε δήλωση
. «Πριν από το JWST, οι περισσότερες γνώσεις μας για το πρώιμο σύμπαν ήταν εικασίες που βασίζονταν σε δεδομένα από πολύ λίγες πηγές. Με την τεράστια αύξηση της δύναμης παρατήρησης, μπορούμε να δούμε φυσικές λεπτομέρειες για τους γαλαξίες και να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα στέρεα παρατηρητικά στοιχεία για να μελετήσουμε τη φυσική για να καταλάβουμε τι συμβαίνει».
Η ομάδα χρησιμοποίησε προηγμένες προσομοιώσεις υπολογιστή για να μοντελοποιήσει πώς σχηματίστηκαν οι γαλαξίες αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Μέρος του Northwestern’s
Ανατροφοδότηση Σχετικιστικών Περιβαλλόντων
(FIRE), οι προσομοιώσεις συνδυάζουν αστροφυσική θεωρία και προηγμένους αλγόριθμους για να μοντελοποιήσουν πώς σχηματίζονται οι γαλαξίες. Αυτά τα μοντέλα βοηθούν τους ερευνητές να δουν πώς οι γαλαξίες μεγαλώνουν και αλλάζουν σχήμα, ενώ εξετάζουν τη μάζα, την ενέργεια, την ορμή και τα χημικά στοιχεία που επιστρέφονται από τα αστέρια.
«Το κλειδί είναι να αναπαραχθεί επαρκής ποσότητα φωτός σε ένα σύστημα μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα», είπε ο Sun. «Αυτό μπορεί να συμβεί είτε επειδή το σύστημα είναι πραγματικά τεράστιο είτε επειδή έχει την ικανότητα να παράγει πολύ φως γρήγορα. Στην τελευταία περίπτωση, ένα σύστημα δεν χρειάζεται να είναι τόσο τεράστιο. Εάν ο σχηματισμός άστρων συμβεί κατά εκρήξεις, θα εκπέμψει λάμψεις φωτός. Αυτός είναι ο λόγος που βλέπουμε αρκετούς πολύ φωτεινούς γαλαξίες».
[Related:
Your
guide
to the types of stars, from their dusty births to violent deaths
.]
Οι προσομοιώσεις στο
μελέτη
δημιούργησε γαλαξίες που ήταν εξίσου φωτεινοί με αυτούς που παρατηρήθηκαν από το JWST. Βρήκαν επίσης ότι οι πρώιμοι γαλαξίες που σχηματίστηκαν την κοσμική αυγή πιθανότατα είχαν αστέρια που σχηματίστηκαν σε εκρήξεις. Αυτή είναι μια έννοια που ονομάζεται
εκρηκτικό σχηματισμό αστεριών
, όπου σχηματίζονται αστέρια σε εναλλασσόμενο μοτίβο. Ξεκινά με το σχηματισμό μιας δέσμης αστεριών ταυτόχρονα, στη συνέχεια εκατομμύρια χρόνια με ελάχιστα έως καθόλου αστέρια και μετά μια άλλη έκρηξη αστεριών. Συγκριτικά, ο Γαλαξίας μας ακολούθησε ένα πολύ διαφορετικό μοτίβο σχηματισμού άστρων με σταθερό ρυθμό.
Σύμφωνα με τον Faucher-Giguère, ο εκρηκτικός σχηματισμός άστρων είναι ιδιαίτερα κοινός στους γαλαξίες χαμηλής μάζας. Ωστόσο, οι λεπτομέρειες για το γιατί συμβαίνει αυτό εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο άλλης έρευνας. Η ομάδα αυτής της μελέτης πιστεύει ότι συμβαίνει όταν οι αρχικές εκρήξεις αστεριών εκρήγνυνται ως σουπερνόβα λίγα εκατομμύρια χρόνια αργότερα. Το αέριο εκτοξεύεται και στη συνέχεια πέφτει πίσω προς τα μέσα για να σχηματίσει νέα αστέρια και οδηγεί ξανά τον κύκλο.
Όταν οι γαλαξίες αποκτούν αρκετά μεγάλη μάζα, έχουν σημαντικά ισχυρότερη βαρύτητα. Έτσι, όταν οι σουπερνόβα εκρήγνυνται, δεν είναι αρκετά ισχυροί για να εκτοξεύουν αέριο από το αστρικό σύστημα και η βαρύτητα συνδέει τον γαλαξία μεταξύ τους. Το αποτέλεσμα είναι μια πιο σταθερή κατάσταση.
«Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός σε έναν γαλαξία προέρχεται από τα πιο τεράστια αστέρια», είπε ο Faucher-Giguère σε μια δήλωση. «Επειδή τα αστέρια με μεγαλύτερη μάζα καίγονται με μεγαλύτερη ταχύτητα, έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής. Καταναλώνουν γρήγορα τα καύσιμα τους σε πυρηνικές αντιδράσεις. Έτσι, η φωτεινότητα ενός γαλαξία σχετίζεται πιο άμεσα με το πόσα αστέρια έχει σχηματιστεί τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια από τη μάζα του γαλαξία στο σύνολό του».
