Το James Webb ανακάλυψε το μυστικό των πρώτων κοσμικών εργοστασίων στο Σύμπαν

Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb αστρονόμοι αποκάλυψαν μυστικά των πρώτων γαλαξιών που γέμισαν το νεαρό Σύμπαν με κοσμική σκόνη, ένα βασικό συστατικό για τη γέννηση νέων άστρων και την ανάπτυξη των γαλαξιών.

Παρότι το James Webb είναι αρκετά ισχυρό ώστε να παρατηρεί πολλούς από αυτούς τους αρχέγονους γαλαξίες εξακολουθεί να έχει περιορισμούς όταν πρόκειται να μελετήσει λεπτομερώς την εσωτερική τους δομή. Για να ξεπεράσει αυτό το εμπόδιο η ερευνητική ομάδα στράφηκε στη μελέτη ενός πολύ πιο κοντινού και σύγχρονου γαλαξία ο οποίος παρουσιάζει πολλά χαρακτηριστικά παρόμοια με εκείνα των πρώτων γαλαξιών του Σύμπαντος.

Αντί να προσπαθήσουν να παρατηρήσουν άμεσα τις διεργασίες που εμπλούτισαν τους πρώτους γαλαξίες με «μέταλλα» — όπως αποκαλούν οι αστρονόμοι όλα τα στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο και το ήλιο — οι ερευνητές μελέτησαν έναν νάνο γαλαξία που βρίσκεται μόλις 4,6 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

«Η άμεση μελέτη των γαλαξιών που υπήρχαν στο πρώιμο Σύμπαν εξακολουθεί να είναι εξαιρετικά δύσκολη. Γι’ αυτό η παρατήρηση ενός κοντινού γαλαξία, όπως ο Sextans A, ο οποίος παρουσιάζει παρόμοιες χημικές συνθήκες, μας δίνει μια πολύτιμη ευκαιρία να κατανοήσουμε πώς εξελίχθηκαν οι πρώτες γενιές άστρων και ποιον ρόλο διαδραμάτισαν στη μεταμόρφωση του διαστρικού μέσου» δήλωσε ο επικεφαλής της έρευνας Κλαούντιο Γκαβέτι από το Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής της Ιταλίας (INAF).

Πώς ο Sextans A μιμείται τους αρχαίους γαλαξίες

Το πρώιμο Σύμπαν ήταν χημικά πολύ απλό. Κυριαρχούνταν σχεδόν αποκλειστικά από υδρογόνο και ήλιο ενώ τα βαρύτερα στοιχεία υπήρχαν σε ελάχιστες ποσότητες. Αυτό σημαίνει ότι η πρώτη γενιά άστρων, γνωστή ως άστρα Πληθυσμού III (Population III ή Pop III) περιείχε πολύ λίγα μέταλλα.

Κατά τη διάρκεια της ζωής τους όμως, αυτά τα πρώτα άστρα συνέτηκαν υδρογόνο και ήλιο στους πυρήνες τους, δημιουργώντας βαρύτερα στοιχεία. Όταν έφτασαν στο τέλος της ζωής τους εξερράγησαν ως υπερκαινοφανείς (εκρήξεις σουπερνόβα) διασκορπίζοντας αυτά τα στοιχεία στο διαστρικό μέσο, τα τεράστια νέφη αερίων και σκόνης ανάμεσα στα άστρα.

Με την πάροδο του χρόνου πυκνότερες και ψυχρότερες περιοχές αυτών των νεφών κατέρρευσαν υπό την επίδραση της βαρύτητας σχηματίζοντας τη δεύτερη γενιά άστρων τα άστρα Πληθυσμού II (Pop II), τα οποία ήταν πλέον πλουσιότερα σε μέταλλα χάρη στους προγόνους τους. Ο Ήλιος ανήκει στα άστρα Πληθυσμού I (Pop I) τα οποία περιέχουν ακόμη μεγαλύτερες ποσότητες βαρέων στοιχείων.

Οι γαλαξίες και τα ευρήματα

Ωστόσο δεν είναι όλοι οι σύγχρονοι γαλαξίες τόσο πλούσιοι σε μέταλλα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τους νάνους γαλαξίες, όπως ο Sextans A, που βρίσκεται στα όρια της Τοπικής Ομάδας, του σμήνους γαλαξιών στο οποίο ανήκει ο γαλαξίας μας Ο Sextans A είναι τόσο φτωχός σε μέταλλα ώστε εκτιμάται ότι διαθέτει μόλις το 1% έως 7% των βαρέων στοιχείων που υπάρχουν στον Ήλιο. Αυτό τον καθιστά ιδανικό πρότυπο για τη μελέτη των φτωχών σε μέταλλα γαλαξιών του πρώιμου Σύμπαντος.

Χρησιμοποιώντας τα όργανα NIRCam και MIRI του James Webb οι ερευνητές πραγματοποίησαν παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης του Sextans A, χαρτογραφώντας ολόκληρο τον πληθυσμό των άστρων του που βρίσκονται σε ένα εξελικτικό στάδιο γνωστό ως ασυμπτωτικός κλάδος των ερυθρών γιγάντων (Asymptotic Giant Branch – AGB).

Σε αυτό το στάδιο, άστρα με μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο έχουν εξαντλήσει το ήλιο στον πυρήνα τους σχηματίζοντας έναν αδρανή πυρήνα άνθρακα ενώ η πυρηνική σύντηξη συνεχίζεται σε εξωτερικά στρώματα όπου καίγονται εναλλάξ υδρογόνο και ήλιο. Ως αποτέλεσμα τα άστρα διογκώνονται σημαντικά και η φωτεινότητά τους μπορεί να αυξηθεί έως και χίλιες φορές.

Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι περίπου το 90% των άστρων AGB που μελετήθηκαν δεν περιβάλλονταν από νέφη σκόνης. Ωστόσο περίπου 20 άστρα ήταν καλυμμένα από παχιά κελύφη σκόνης. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν επίσης ότι αυτά τα «εργοστάσια παραγωγής σκόνης» σχηματίστηκαν πριν από περίπου 2 έως 3 δισεκατομμύρια χρόνια και προέρχονταν από άστρα με αρχική μάζα περίπου 1,5 φορά μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου.

Σημαντικό βήμα για την κατανόηση του πρώιμου Σύμπαντος

Η μελέτη αποτελεί σημαντική πρόοδο στην κατανόηση του ποια άστρα ήταν πιθανότερο να παράγουν τη μεταλλική σκόνη που εμπλούτισε τις επόμενες γενιές άστρων στο νεαρό Σύμπαν. Με αυτόν τον τρόπο συμβάλλει στη δημιουργία μιας πιο ολοκληρωμένης εικόνας για το πώς διαμορφώθηκε το Σύμπαν όπως το γνωρίζουμε σήμερα.

Οι ερευνητές τονίζουν ότι τέτοιου είδους μελέτες θα ήταν αδύνατες πριν από την εκτόξευση του James Webb. «Το James Webb μάς επιτρέπει να παρατηρούμε με πρωτοφανή λεπτομέρεια περιβάλλοντα που μέχρι πριν από λίγα χρόνια ήταν απρόσιτα. Η αξία αυτών των δεδομένων δεν βρίσκεται μόνο στις εικόνες, αλλά και στη δυνατότητα να τις συγκρίνουμε με θεωρητικά μοντέλα και να επαληθεύσουμε κατά πόσο αυτά περιγράφουν σωστά την εξέλιξη των άστρων» δήλωσε η Φλάβια Ντελ Αγκλί από το INAF.

Naftemporiki.gr