‘Tinejdžerske galaksije’ su neobično vruće, sijaju neočekivanim elementima

Tim astrofizičara predvođen Univerziteta Northwestern upravo je analizirao prve rezultate istraživanja CECILIA (Chemical Evolution Constrained using Ionized Lines in Interstellar Aurorae), programa koji koristi NASA-in svemirski teleskop James Webb (JWST) za proučavanje hemije udaljenih galaksija.

Prema ranim rezultatima, takozvane “tinejdžerske galaksije” – koje su nastale dvije do tri milijarde godina nakon Velikog praska – neobično su vruće i sadrže neočekivane elemente, poput nikla, koje je notorno teško uočiti.

Istraživanje će biti objavljeno u ponedjeljak (20. novembar) u The Astrophysical Journal Letters. To je prva u nizu budućih studija iz CECILIA ankete.

“Pokušavamo da shvatimo kako su galaksije rasle i menjale se tokom 14 milijardi godina kosmičke istorije”, rekla je Allison Strom sa Northwesterna, koja je vodila studiju. “Upotrebom JWST-a, naš program cilja tinejdžerske galaksije kada su prolazile kroz neuredno vrijeme rasta i promjena. Tinejdžeri često imaju iskustva koja određuju njihove putanje u odraslo doba. Za galaksije je isto.”

Jedan od glavnih istraživača CECILIA Survey-a, Strom je docent fizike i astronomije na Northwestern Weinberg College of Arts and Sciences i član Northwesternovog Centra za interdisciplinarna istraživanja i istraživanja u astrofizici (CIERA). Strom zajedno sa Gwen Rudie, naučnicom u Carnegie opservatorijama, vodi istraživanje CECILIA.

‘Hemijska DNK’ daje uvid u formiranje galaksija

Ime je dobio po Ceciliji Payne-Gaposchkin, jednoj od prvih žena koje su stekle doktorat. u astronomiji, CECILIA Survey posmatra spektre (ili količinu svjetlosti na različitim talasnim dužinama) iz udaljenih galaksija. Strom upoređuje spektar galaksije sa njenom “hemijskom DNK”. Ispitivanjem ovog DNK tokom “tinejdžerskih” godina galaksije, istraživači mogu bolje razumjeti kako je narastao i kako će evoluirati u zreliju galaksiju.

Na primjer, astrofizičari još uvijek ne razumiju zašto neke galaksije izgledaju “crvene i mrtve”, dok druge, poput našeg Mliječnog puta, još uvijek formiraju zvijezde. Spektar galaksije može otkriti njene ključne elemente, kao što su kiseonik i sumpor, koji daju prozor u ono što je galaksija ranije radila i šta bi mogla učiniti u budućnosti.

“Ove tinejdžerske godine su zaista važne jer se tada dešava najveći rast”, rekao je Strom. “Proučavanjem ovoga možemo početi istraživati ​​fiziku koja je uzrokovala da Mliječni put izgleda kao Mliječni put – i zašto bi mogao izgledati drugačije od susjednih galaksija.”

U novoj studiji, Strom i njeni saradnici koristili su JWST za promatranje 33 udaljene tinejdžerske galaksije u neprekidnim 30 sati prošlog ljeta. Zatim su kombinovali spektre iz 23 te galaksije da bi napravili kompozitnu sliku.

“Ovo ispire detalje pojedinačnih galaksija, ali nam daje bolji osjećaj prosječne galaksije. Takođe nam omogućava da vidimo blijede karakteristike”, rekao je Strom. “Značajno je dublji i detaljniji od bilo kojeg spektra koji bismo mogli prikupiti zemaljskim teleskopima galaksija iz ovog vremenskog perioda u istoriji svemira.”

Spectra iznenađuje

Ultra-duboki spektar otkrio je osam različitih elemenata: vodonik, helijum, azot, kiseonik, silicijum, sumpor, argon i nikl. Svi elementi koji su teži od vodonika i helijuma formiraju se unutar zvijezda. Dakle, prisustvo određenih elemenata pruža informacije o formiranju zvijezda kroz evoluciju galaksije.

Dok je Strom očekivala da će vidjeti svjetlije elemente, posebno ju je iznenadilo prisustvo nikla. Teži od gvožđa, nikl je rijedak i nevjerovatno ga je teško uočiti.

“Nikad u najluđim snovima nisam zamišljao da ćemo vidjeti nikal”, rekao je Strom. “Čak i u obližnjim galaksijama, ljudi ovo ne primjećuju. Mora postojati dovoljno elementa koji je prisutan u galaksiji i pravi uslovi da se to posmatra. Niko nikada ne govori o posmatranju nikla. Elementi moraju svijetliti u plinu kako bi da bismo ih mogli vidjeti. Dakle, da bismo mogli vidjeti nikl, možda postoji nešto jedinstveno u vezi sa zvijezdama unutar galaksija.”

Još jedno iznenađenje: tinejdžerske galaksije su bile izuzetno vruće. Ispitujući spektre, fizičari mogu izračunati temperaturu galaksije. Dok najtopliji džepovi sa galaksijama mogu dostići preko 9.700 stepeni Celzijusa (17.492 stepena Farenhajta), tinejdžerske galaksije imaju više od 13.350 stepeni Celzijusa (24.062 stepena Farenhajta).

“Ovo je samo dodatni dokaz koliko su različite galaksije vjerovatno bile kada su bile mlađe”, rekao je Strom. “Na kraju, činjenica da vidimo višu karakterističnu temperaturu samo je još jedna manifestacija njihove različite hemijske DNK jer su temperatura i hemija gasa u galaksijama suštinski povezane.”

Studiju, “CECILIA: Blagi emisioni linijski spektar z~2-3 galaksija koje stvaraju zvijezde”, podržali su NASA, Pittsburgh fondacija i Istraživačka korporacija za naučni napredak. Podaci su dobijeni iz Mikulskog arhiva za svemirske teleskope pri Naučnom institutu za svemirski teleskop i od WM Keck opservatorije.