Praful de supernovă ar putea fi „de vină” pentru unul dintre cele mai mari mistere ale Universului

Adaugă-ne ca sursă preferată în Google

Urmărește-ne in Discover

Astronomii s-ar putea să fi găsit o explicație pentru unul dintre cele mai mari mistere dezvăluite de Telescopul Spațial James Webb (JWST): de ce atât de multe galaxii din universul timpuriu par neașteptat de strălucitoare în lumina ultravioletă.

Un nou studiu, încărcat pe arXiv, sugerează că galaxiile de acum peste 13 miliarde de ani erau pline de un tip neobișnuit de praf, produs direct de exploziile supernovelor, ceea ce ar putea explica strălucirea lor surprinzătoare.

• Unul dintre sateliții planetei Jupiter este mai ciudat decât au crezut astronomii
• Un nou studiu a dezvăluit modificări ale ADN-ului care sfidează legile lui Mendel

Când JWST a fost îndreptat spre cele mai timpurii epoci ale universului, astronomii se așteptau ca galaxiile îndepărtate să apară ca niște pete șterse și prăfuite. În schimb, au descoperit numeroase galaxii, existente la mai puțin de 550 de milioane de ani după Big Bang, care străluceau în lumină ultravioletă mult mai puternic decât anticipase orice model teoretic.

Modelele standard presupun că galaxiile tinere, aflate în plin proces de formare a stelelor, ar trebui să fie învăluite într-un praf dens care absoarbe radiația ultravioletă înainte ca aceasta să poată scăpa în spațiu, un efect de atenuare.

Fără acea mantie de praf, galaxiile par dramatic mai strălucitoare. Au apărut mai multe ipoteze concurente pentru a explica fenomenul, printre care izbucniri violente de formare stelară, creșe stelare neobișnuit de eficiente, găuri negre ascunse sau un comportament atipic al prafului. Lucrarea notează că ultima variantă a câștigat cel mai mult interes în ultima vreme, fiind firească din punct de vedere fizic și consecventă cu observațiile.

Un tip neobișnuit de praf

O altă teorie legată de praf sugera că vânturile stelare intense ar fi expulzat fizic tot praful din galaxiile tinere. Însă observațiile realizate de JWST și ALMA au identificat galaxii cunoscute sub numele de GELDA (Galaxii cu Atenuare Extrem de Redusă a Prafului), care sunt simultan bogate în gaz și aproape complet transparente la razele UV.

În unele dintre acestea, proporția de gaz depășea 90%. Dacă praful ar fi fost suflat în exterior de vânturile stelare, gazul ar fi trebuit să dispară odată cu el. Prin urmare, trebuia să fie altceva în mijloc.

În galaxiile mature, cea mai mare parte a prafului se acumulează treptat, de-a lungul miliardelor de ani, prin creșterea granulelor, particule minuscule care atrag metalele din gazul înconjurător. Însă în galaxiile tinere, care existau când universul avea mai puțin de jumătate de miliard de ani, nu a existat suficient timp pentru acest proces. Singurele „fabrici” de praf disponibile atunci erau exploziile violente ale stelelor masive, adică supernovele.

Totuși, praful de supernovă nu scapă intact. O undă de șoc inversă ricoșează prin materia expulzată, sfărâmând cele mai mici granule și reducând semnificativ masa totală de praf. Ceea ce supraviețuiește este compus majoritar din granule mari, care sunt, prin natura lor, transparente la lumina ultravioletă.

Unul dintre cele mai mari mistere

În acest nou studiu, o echipă condusă de D. Burgarella de la Laboratoire d’Astrophysique de Marseille a analizat opacitatea prafului (eficiența cu care acesta blochează lumina). Cercetătorii au dezvoltat un model care combină trei ingrediente: proprietățile optice cunoscute ale prafului de supernovă, modul în care opacitatea variază în funcție de conținutul de metale al galaxiei și dispunerea fizică a stelelor și a norilor de praf în interiorul galaxiilor. Ei au testat dacă această combinație poate reproduce ceea ce a observat JWST.

Când echipa a aplicat aceste proprietăți ale prafului asupra unor populații simulate de galaxii, rezultatele s-au potrivit perfect cu numărătorile realizate de JWST, fără a mai fi nevoie de teorii exotice sau de o eficiență supranaturală a formării stelelor. Modelul lor bazat pe praf de stele explică de ce galaxiile de tip GELDA erau comune în universul timpuriu și de ce sunt atât de rare în universul nostru local.

Modelul a demonstrat că atenuarea scăzută a luminii este legată de opacitatea redusă intrinsecă a prafului de supernovă, dispus într-o geometrie poroasă care permite luminii să se propage prin spațiile libere, scrie Phys.org.

„Aceste galaxii cu atenuare extrem de redusă a prafului (GELDAs) sunt în mod natural compatibile cu modelul în care supernovele domină producția de praf și suprimă atenuarea luminii”, au scris cercetătorii.

Praful stelar oferă soluția

De asemenea, studiul a evidențiat o zonă de tranziție: sub o metalicitate critică (aproximativ o zecime din conținutul de metale al Soarelui), praful de supernovă domină, iar estomparea luminii este minimă. Peste acest prag, creșterea granulelor interstelare preia controlul, iar opacitatea crește. JWST pare să fi surprins pentru prima dată această tranziție în plină desfășurare la distanțe cosmologice mari.

În cele din urmă, în galaxiile cele mai sărace în metale din eșantion, praful ar putea avea o semnificație și mai profundă. Echipa a identificat câteva galaxii candidate atât de primitive încât praful lor ar putea fi o relicvă directă a stelelor din Populația III, prima generație de stele a universului, formată exclusiv din hidrogen și heliu, înainte de apariția elementelor mai grele.

Aceste stele nu au fost niciodată observate direct. Însă supernovele lor ar fi produs exact tipul de praf cu granule mari și opacitate redusă pe care îl descrie acest model, iar amprentele chimice ale acestui praf ar putea fi detectate în proprietățile de atenuare și în emisiile în infraroșu.

„Acest scenariu leagă populația observată de galaxii GELDA de cele mai timpurii stadii ale evoluției galactice”, au concluzionat cercetătorii.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Praf stelar mai vechi decât Sistemul Solar, găsit în mostrele de pe asteroidul Bennu

Acest tabel periodic fascinant arată provenienţa fiecărui atom din corpul uman. „Suntem făcuţi din praf stelar”

Telescopul James Webb a surprins imagini „de vis” cu praful interstelar

Premieră în astronomie: Telescopul Webb a explorat suprafața unui super-Pământ din apropiere