Czas e-biznesu

Wszystkie najświeższe informacje o Polsce z Czasu e Biznesu.

Astrofizycy wyjaśniają „niemożliwą” jasność kosmicznego świtu

Astrofizycy wyjaśniają „niemożliwą” jasność kosmicznego świtu

Sztuka tworzenia gwiazd

Obrazy wczesnych galaktyk zarejestrowane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawniły nieoczekiwaną jasność, co rodzi pytania o nasze kosmiczne zrozumienie. Symulacje przeprowadzone przez Northwestern University sugerują, że jasność tych galaktyk wynika z sporadycznego powstawania gwiazd, a nie z ich masywnych rozmiarów, zgodnie z obecnymi modelami kosmologicznymi.

To intensywne błyski światła, a nie masa, rozwiązują niemożliwą do rozwiązania zagadkę jasności.

Kiedy naukowcy przyjrzeli się Kosmiczny Teleskop Jamesa WebbaPierwsze obrazy pierwszych galaktyk wszechświata wykonane przez JWST zszokowały ich. Młode galaktyki wydawały się zbyt jasne, zbyt masywne i zbyt dojrzałe, aby powstały tak szybko po Wielkim Wybuchu. To będzie tak, jakby za dwa lata dziecko wyrosło na dorosłego.

Nawet niesamowite odkrycie To doprowadziło niektórych fizyków do zakwestionowania standardowego modelu kosmologiizastanawiając się, czy należy to odwrócić, czy nie.

Jasność galaktyki a masa

Korzystając z nowej symulacji, a Uniwersytet Północno-ZachodniZespół astrofizyków odkrył teraz, że galaktyki te prawdopodobnie wcale nie są bardzo masywne. Chociaż jasność galaktyki jest zwykle określana na podstawie jej masy, nowe wyniki sugerują, że mniej masywne galaktyki mogą świecić równie jasno w wyniku nieregularnych, błyskotliwych wybuchów gwiazdotwórczych.

Odkrycie to nie tylko wyjaśnia, dlaczego małe galaktyki wydają się tak zwodniczo małe, ale także wpisuje się w standardowy model kosmologii.

Wyniki badania opublikowano 3 października br Listy do dzienników astrofizycznych.

Galaktyki gwiazdowe

Artystyczna wizja wczesnych galaktyk gwiezdnych. Obrazu dostarczają dane symulacyjne FIRE wykorzystane w tych badaniach, które mogą wyjaśnić ostatnie wyniki JWST. Gwiazdy i galaktyki pojawiają się jako jasne, białe punkty świetlne, podczas gdy ciemna materia i bardziej rozproszone gazy pojawiają się w kolorze fioletowym i czerwonym. Źródło: Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA+IT-RCDS

„Odkrycie tych galaktyk było dużym zaskoczeniem, ponieważ były znacznie jaśniejsze, niż oczekiwano” – powiedział Claude-André Foucher-Géguier, starszy autor badania z Northwestern University. „Normalnie galaktyka jest jasna, ponieważ jest duża. Ale ponieważ galaktyki te powstały o kosmicznym świcie, od tego czasu nie minęło wystarczająco dużo czasu”. wielka eksplozja. Jak te masywne galaktyki mogą łączyć się tak szybko? Nasze symulacje pokazują, że galaktyki nie mają problemu z kształtowaniem tej jasności wraz z kosmicznym świtem.

„Kluczem jest odtworzenie wystarczającej ilości światła w systemie w krótkim czasie” – dodał Zhao Zhao Sun, który kierował badaniem. „Może się to zdarzyć albo dlatego, że układ jest naprawdę masywny, albo dlatego, że ma zdolność szybkiego wytwarzania dużej ilości światła. W tym drugim przypadku układ nie musi być aż tak masywny. Jeśli powstawanie gwiazd nastąpi w rozbłyskach, będzie emitować błyski światła.” Dlatego widzimy tak wiele bardzo jasnych galaktyk.

Faucher Giguere jest profesorem nadzwyczajnym fizyki i astronomii na Northwestern University Weinberg College of Arts and Sciences I członkiem Interdyscyplinarne Centrum Poszukiwań i Badań Astrofizyki (Chodzić). Sun jest stażystą podoktorskim CIERA na Northwestern University.

Zrozumienie kosmicznego świtu

Okres trwający od około 100 milionów lat do miliarda lat po Wielkim Wybuchu, kosmiczny świt charakteryzuje się powstawaniem pierwszych gwiazd i galaktyk we wszechświecie. Zanim Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba został wystrzelony w przestrzeń kosmiczną, astronomowie wiedzieli bardzo niewiele o tym starożytnym okresie.

„Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczył nam dużej wiedzy o kosmicznym świcie” – powiedział Sun. „Przed Teleskopem Kosmicznym Jamesa Webba większość naszej wiedzy na temat wczesnego Wszechświata opierała się na spekulacjach opartych na danych z bardzo niewielu źródeł. Dzięki ogromnemu wzrostowi mocy obserwacyjnej możemy dostrzec fizyczne szczegóły galaktyk i wykorzystać mocne dowody obserwacyjne do badania fizyki, aby zrozumieć, co się dzieje.”

Zaawansowana symulacja i wyniki

W nowym badaniu Sun, Foucher-Géger i ich zespół wykorzystali zaawansowane symulacje komputerowe do modelowania powstawania galaktyk bezpośrednio po Wielkim Wybuchu. W wyniku symulacji powstały kosmiczne galaktyki o świcie, które były tak samo jasne, jak te obserwowane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Symulacje są częścią Informacje zwrotne od względnych środowisk Projekt FIRE, który Faucher-Géger był współzałożycielem wraz ze współpracownikami z Caltech, Uniwersytet Princetoni Uniwersytet Kalifornijski w San Diego. W nowym badaniu wzięli udział współpracownicy z Centrum Astrofizyki Obliczeniowej Instytutu Flatiron, Massachusetts Institute of Technology i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis.

Symulacje FIRE łączą teorię astrofizyczną z zaawansowanymi algorytmami do modelowania powstawania galaktyk. Modele te umożliwiają badaczom zbadanie, w jaki sposób galaktyki powstają, rosną i zmieniają kształt, biorąc pod uwagę energię, masę, pęd i pierwiastki chemiczne powracające z gwiazd.

Kiedy Sun, Fouché-Géger i ich zespół przeprowadzili symulacje, aby modelować wczesne galaktyki, które powstały podczas kosmicznego świtu, odkryli, że gwiazdy powstają w wyniku eksplozji – koncepcja znana jako „wybuchowe powstawanie gwiazd”. W masywnych galaktykach, takich jak droga MlecznaGwiazdy powstają w stałym tempie, a liczba gwiazd stopniowo rośnie w miarę upływu czasu. Jednak tak zwane wybuchowe powstawanie gwiazd ma miejsce, gdy gwiazdy powstają naprzemiennie – wiele gwiazd na raz, po których następuje miliony lat bardzo niewielu nowych gwiazd, a następnie ponownie wiele gwiazd.

„Wybuchowe powstawanie gwiazd jest szczególnie powszechne w galaktykach o małej masie” – powiedział Faucher-Géger. „Szczegóły, dlaczego tak się dzieje, są wciąż przedmiotem ciągłych badań. Jednak naszym zdaniem dochodzi do eksplozji gwiazd, a kilka milionów lat później gwiazdy te eksplodują jako supernowe. Gaz zostaje wyrzucony, a następnie powraca do tworzą nowe gwiazdy, co prowadzi do cyklu powstawania gwiazd. Ale kiedy galaktyki stają się wystarczająco masywne, mają znacznie silniejszą grawitację. Kiedy wybuchają supernowe, nie są one wystarczająco silne, aby wypchnąć gaz z układu. Grawitacja spaja galaktykę i umieszcza ją w stan stabilny.

Jasne galaktyki i model wszechświata

Symulacje pozwoliły również uzyskać taką samą liczbę jasnych galaktyk odkrytych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Innymi słowy, liczba jasnych galaktyk przewidywana w symulacjach odpowiada liczbie zaobserwowanych jasnych galaktyk.

Choć inni astrofizycy stawiali hipotezę, że za niezwykłą jasność galaktyk podczas kosmicznego świtu mogą odpowiadać wybuchy gwiazd, badacze z Northwestern University jako pierwsi wykorzystali szczegółowe symulacje komputerowe, aby udowodnić, że jest to możliwe. Udało im się to zrobić bez dodawania nowych czynników, które nie pasują do naszego standardowego modelu wszechświata.

„Większość światła w galaktyce pochodzi od najbardziej masywnych gwiazd” – powiedział Faucher-Géger. „Ponieważ masywniejsze gwiazdy spalają się z większą prędkością, żyją krócej. Szybko zużywają paliwo w reakcjach jądrowych. Dlatego jasność galaktyki jest bardziej bezpośrednio powiązana z liczbą gwiazd, które powstały w ciągu ostatnich kilku milionów lat niż masa całej galaktyki.”

Odniesienie: „Wybuchowe powstawanie gwiazd w naturalny sposób wyjaśnia obfitość jasnych galaktyk o kosmicznym świcie” – Juchao Sun, Claude Andre Faucher-Géguier i Christopher C. Hayward, Xiujian Chen, Andrew Wetzel i Rachel K. Cochrane, 3 października 2023 r., dostępne tutaj. Listy do dzienników astrofizycznych.
doi: 10.3847/2041-8213/acf85a

Badanie było wcześniej wspierane NASA Oraz Narodowa Fundacja Nauki.

READ  Czy uda nam się przetrwać w kosmosie? Może to zależeć od tego, jak dostosowuje się nasz mikrobiom jelitowy