Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), astronomowie odkryli tajemnice wczesnych galaktyk, które napełniły młody kosmos pyłem, który stał się niezbędny do narodzin nowych gwiazd i wzrostu galaktyk.
Jednakże, podczas gdy JWST jest wystarczająco potężna, aby zobaczyć wiele z tych wczesnych galaktyk, nadal ma ograniczone możliwości szczegółowego zagłębiania się w nie. Dlatego zespół będący sercem tych badań obszedł ten problem, badając znacznie bliższą i bardziej nowoczesną galaktykę z wieloma cechami przypominającymi pierwsze galaktyki Wszechświata.
Zamiast możliwości badania procesów zachodzących we wczesnym Wszechświecie, które umożliwiły zasianie w galaktykach „metali” (termin używany przez astronomów do opisania pierwiastków cięższych od wodór i hel) badacze zwrócili uwagę na galaktykę karłowatą odległą zaledwie o 4,6 miliona lat świetlnych.
„Bezpośrednie badanie galaktyk zamieszkujących wczesny Wszechświat jest nadal bardzo trudne, dlatego obserwacja pobliskiej galaktyki, takiej jak Sekstans A, która charakteryzuje się podobnymi warunkami chemicznymi, daje nam cenną okazję do zrozumienia, w jaki sposób ewoluowały pierwsze generacje gwiazd i jaką rolę odegrały w przekształcaniu ośrodka międzygwiazdowego” – powiedział w oświadczeniu kierownik zespołu Claudio Gavetti z Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF).
W jaki sposób Sextans A podszywa się pod starożytne galaktyki?
Wczesny wszechświat był dość nudnym miejscem pod względem chemicznym. Dzieje się tak, ponieważ dominuje w nim najlżejszy pierwiastek, wodór, z niewielką ilością helu i niewielką odrobiną ciężkich pierwiastków, czyli metali. Oznacza to, że pierwsza generacja gwiazd, tzw Gwiazdy POP IIIbyły odpowiednio ubogie w metale.
Za życia jednak gwiazdy POP III stopiony wodór i hel w swoich rdzeniach do wykuwania cięższych pierwiastków. Kiedy te oryginalne gwiazdy osiągnęły kres swojego życia, eksplodowały eksplozje supernowych które rozproszyło te metale do ośrodka międzygwiazdowego, czyli ogromnych obłoków pyłu i gazu pomiędzy gwiazdami.
W końcu gęste i chłodne plamy w tych rozległych obłokach zapadły się pod wpływem własnej grawitacji, dając początek nowej generacji gwiazd, gwiazd POP II, które dzięki śmierci swoich poprzedników w wyniku supernowych były bogatsze w metale.
Nasza własna gwiazda, słońcejest klasyfikowana jako gwiazda POP I, co oznacza, że jest jeszcze bogatsza w metale niż gwiazdy drugiej generacji. Jednak nie wszystkie współczesne galaktyki są tak bogate w metale; jest to szczególnie prawdziwe w przypadku galaktyk karłowatych, takich jak Sekstans A, mimo że leży ona na zewnętrznym krańcu naszego kosmicznego podwórka, znanego jako „grupa lokalna.”
Sekstans A jest tak ubogi w metale, że szacuje się, że zawiera jedynie od 1% do 7% ciężkich pierwiastków występujących w słońcu. To sprawia, że jest to świetny wskaźnik do badania wczesnych galaktyk ubogich w metale.
Wykorzystując instrumenty NIRCam (kamera bliskiej podczerwieni) i MIRI (instrument średniej podczerwieni) należące do JWST, Gavetti i współpracownicy uzyskali obserwacje Sextans A w wysokiej rozdzielczości, które pozwoliły im sporządzić mapę całej populacji gwiazd galaktyki karłowatej w fazie ewolucyjnej znanej jako „asymptotyczna gałąź czerwonego olbrzyma”.
Faza ta ma miejsce, gdy gwiazdy większe od Słońca wyczerpują hel ze swoich jąder, tworząc obojętne serce z węgla, ale synteza jądrowa trwa nadal w zewnętrznych, naprzemiennych warstwach spalających hel i wodór. W rezultacie gwiazdy te „puchną” i mogą doświadczyć tysiąckrotnego wzrostu jasności.
Odkrycia zespołu ujawniły, że około 90% badanych asymptotycznych gwiazd z gałęzi czerwonego olbrzyma nie było otoczonych otoczką pyłową. Jednakże około 20 z tych gwiazd było osadzonych w grubych powłokach pyłowych. Odkryli także, że te „fabryki pyłu” powstały między 2 a 3 miliardami lat temu z gwiazd o masie początkowej około 1,5 razy większej niż masa słońca.
Badania te stanowią krok naprzód w zrozumieniu, które gwiazdy we wczesnym Wszechświecie najprawdopodobniej tworzyły pył metalowy, który wzbogaciłby gwiazdy następnego pokolenia. Oznacza to, że pomaga nakreślić pełny obraz tego, jak ukształtował się wszechświat, jaki widzimy dzisiaj.
Naukowcy odpowiedzialni za to badanie twierdzą, że tego typu badania byłyby niemożliwe przed wystrzeleniem Webba.
„JWST pozwala nam obserwować z niespotykaną dotąd szczegółowością środowiska, które jeszcze kilka lat temu były poza naszym zasięgiem” – członek zespołu Flavia Dell’Agli z INAF. „Wartość tych danych leży nie tylko w zdjęciach, ale w możliwości porównania ich z modelami teoretycznymi i sprawdzenia, jak poprawnie opisują one ewolucję gwiazd”.
Wyniki badań zespołu opublikowano w poniedziałek (20 lipca) w Dziennik astrofizyczny .
