Telescopul James Webb dezvăluie că galaxiile timpurii răspândeau deja elemente grele în univers
La doar 500 de milioane de ani după Big Bang, când universul avea aproximativ 3% din vârsta actuală, unele dintre primele stele și galaxii se formaseră deja. Astronomii au presupus mult timp că o mare parte din gazul din jurul acestor galaxii tinere a rămas relativ curat, compus în principal din hidrogen și heliu. Un studiu publicat în Nature Astronomy arată însă că această imagine este probabil incorectă: galaxiile răspândeau deja elemente grele, precum oxigenul și carbonul, mult mai devreme decât se aștepta.
„Am observat că elementele grele au scăpat din galaxii foarte, foarte devreme în timpul cosmic”, a declarat Yongda Zhu, primul autor al lucrării și cercetător postdoctoral la Departamentul de Astronomie și Observatorul Steward al Universității din Arizona. „Nu numai că galaxiile produceau aceste elemente, dar le și dispersau, posibil însămânțând alte galaxii.”
Cum și-a dobândit universul elementele
În universul timpuriu, cosmosul nu conținea aproape nimic altceva în afara de hidrogen și heliu. De-a lungul timpului, gravitația a adunat nori din aceste elemente simple, formând stele, unde presiunile și temperaturile imense au permis fuziunea nucleară să creeze elemente mai grele, precum carbonul și oxigenul. Când stelele s-au stins sau au explodat ca supernove, au eliberat aceste elemente grele în spațiu, unde au devenit blocuri de construcție pentru generațiile viitoare de stele, planete și, în cele din urmă, viață. Până acum, însă, nu era clar cum și când elementele grele au fost transportate din primele galaxii în universul din jur.
Observarea galaxiilor timpurii
Cercetarea lui Zhu s-a concentrat pe trei galaxii timpurii a căror lumină a călătorit mai mult de 13 miliarde de ani, arătându-le așa cum apăreau la aproximativ 500 de milioane de ani după Big Bang, în timpul Epocii de Reionizare. Atunci, primele generații de stele și galaxii transformau universul timpuriu ionizând gazul de hidrogen dintre ele.
„Am folosit galaxiile înseși ca surse de lumină de fundal”, a spus Zhu. „Pe măsură ce lumina galaxiilor călătorea spre Pământ, trecea prin gazul din jur, iar noi am putut analiza modelele de absorbție ale luminii pentru a detecta elemente specifice.”
Observațiile acestor galaxii străvechi au fost posibile datorită capacităților infraroșii ale Telescopului Spațial James Webb al NASA. Aproape 30 de ore de expunere au oferit suficientă lumină pentru a detecta modele slabe de absorbție în spectrele acestor galaxii îndepărtate. De-a lungul unei nopți lungi, Zhu a căutat manual printre spectrele JWST disponibile public de la sute de galaxii și a identificat trei cu modele de absorbție care indicau prezența elementelor grele, inclusiv carbon, oxigen și siliciu.
Liniile de absorbție erau „deplasate spre albastru” față de deplasarea spre roșu a galaxiilor, indicând că gazul se deplasa spre exterior, purtând oxigen, carbon și alte elemente grele în spațiul intergalactic. Amprentele chimice ale acestor galaxii infantile semănau izbitor cu cele ale galaxiilor evoluate de miliarde de ani mai târziu.
„Gândiți-vă la aceste elemente, care provin de la stelele galaxiilor, ca la colorant alimentar picurat într-un pahar cu apă”, a spus Zhu. „Culoarea începe să se răspândească prin apă și, într-un mod similar, aceste elemente grele din galaxiile timpurii au început să scape în spațiu și să își „îmbogățească” împrejurimile.”
Ciclul barionic
Procesul prin care galaxiile schimbă material este cunoscut sub numele de ciclu barionic. Este unul dintre motivele pentru care galaxiile nu sunt sisteme izolate, ci părți interconectate ale unui ecosistem galactic mai amplu. Materialul produs de o generație de stele poate fi reciclat și redistribuit prin acest ecosistem galactic.
Descoperirea ciclului barionic timpuriu ar putea ajuta, de asemenea, să explice de ce astronomii s-au străduit să găsească prima generație de stele, cunoscută sub numele de stele Population III. Se crede că aceste stele au fost primele formate din gaz curat, conținând doar hidrogen și heliu, înainte ca elementele grele să fi fost produse și dispersate în univers. Dacă galaxiile își îmbogățeau deja împrejurimile la doar 500 de milioane de ani după Big Bang, gazul cu adevărat curat — și stelele Population III care s-au format din el — pur și simplu ar putea să nu fi existat suficient timp pentru a fi observate.
„Dacă începi cu înghețată simplă de vanilie, dar începi să amesteci fulgi de ciocolată la scurt timp după, nu va trece mult până când nu vei mai putea găsi înghețată de vanilie simplă, pură”, a spus Zhu.
