Im więcej astronomowie przyglądają się wczesnemu Wszechświatowi, tym więcej odkryć dokonują. Niektóre z nich zmieniają dotychczasową wiedzę na temat początków kosmosu. Na przykład, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) niedawno znalazł dowody na istnienie cząsteczek węgla i pyłu zaledwie miliard lat po Wielkim Wybuchu. Wygląda on nieco inaczej niż pył obserwowany później we Wszechświecie.
Odkrycie JWST pochodzi z badania wczesnych galaktyk o nazwie JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Badanie to trwało 32 dni, podczas których teleskop obserwował i charakteryzował słabo widoczne wczesne galaktyki. Zaobserwowany pył znajdował się w co najmniej jednej z setek badanych galaktyk. Wygląda na to, że składa się on z ziaren grafitu lub diamentu, czegoś, czego widzimy wiele w późniejszych etapach kosmicznej historii. Ich sygnatury chemiczne wyglądają niezwykle podobnie do cząsteczek opartych na węglu, zwanych “wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi” (PAH). Cząsteczki te występują w dużych ilościach w późniejszych etapach rozwoju Wszechświata, ale jest mało prawdopodobne, aby istniały, gdy Wszechświat miał zaledwie miliard lat. Jak więc sobowtóry cząsteczek WWA mogły istnieć tak wcześnie w historii?
Ustalenie źródła cząsteczek opartych na węglu
Astronom Joris Witsok, główny autor artykułu opisującego odkrycie, spekulował, że diamentopodobne ziarna pochodzą z gruzu wyrzucanego podczas eksplozji supernowych.
Te stare, bardzo gorące gwiazdy mogą być prekursorami niektórych rodzajów eksplozji supernowych. Byłyby one idealnymi kolebkami do tworzenia nanodiamentów i innego pyłu węglowego. W rzeczywistości niektóre modele pokazują, że bogate w węgiel ziarna pochodzą z niektórych typów gwiazd Wolfa-Rayeta. Co więcej, ziarna te mogą przetrwać, gdy gwiazdy eksplodują jako supernowe. Kolejnym pytaniem jest to, czy takie gwiazdy istniały we wczesnym Wszechświecie, aby wytworzyć pył zaobserwowany przez JWST. Pył z pewnością dostarcza kuszących wskazówek na temat najwcześniejszych populacji gwiazd we Wszechświecie. Wynika to z faktu, że te pierwsze gwiazdy były masywne i wybuchały jako supernowe.
Najwcześniejsze z nich powstały, gdy Wszechświat był dość młody – być może już sto milionów lat po Wielkim Wybuchu. Z pewnością pierwsze galaktyki powstały około 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Pierwsze gwiazdy były masywnymi dziwadłami zbudowanymi z wodoru i helu. Żyły krótko i szybko, a następnie eksplodowały jako supernowe. Eksplozje te mogły dostarczyć najwcześniejszych przykładów pyłu we Wszechświecie. Wraz z kolejnymi epizodami formowania się gwiazd w najwcześniejszych galaktykach, gromadził się pył i to właśnie wykrył JWST. Cząsteczki oparte na węglu i nanodiamenty wymagają specyficznych, gorących i energetycznych warunków, które mogły być zapewnione przez najwcześniejsze gwiazdy.
Cząsteczki węgla i pył
Pył występuje w całym kosmosie. Ponieważ jest on produktem ewolucji gwiazd, nie jest zaskoczeniem znalezienie go we wczesnym Wszechświecie. Zapewnia on wgląd w procesy zachodzące w gwiazdach, ale także ukrywa wiele rzeczy. Na przykład, pył utrudnia nam dostrzeżenie jądra Drogi Mlecznej, a także obiektów we wczesnym Wszechświecie. Na szczęście istnieją metody pozwalające “przejrzeć” pył, co właśnie robi JWST.
Analiza chemiczna pyłu dostarcza szczegółowych informacji na temat jego składu. Niektóre cząsteczki pyłu oddziałują z określonymi rodzajami światła. Astronomowie wykorzystują tę właściwość, aby dowiedzieć się, z czego składa się pył. To właśnie zrobił zespół kierowany przez Witstoka podczas obserwacji JWST.
Cecha absorpcji 217,50 nanometra jest doskonałym narzędziem do obserwacji pyłu i zajmuje ważne miejsce w obserwacjach cząsteczek WWA we Wszechświecie. Identyfikuje ona zarówno cząsteczki WWA, jak i nanoziarna grafitu. Byłoby fajnie, gdyby WWA istniały na wczesnym etapie kosmicznej historii. Jednak proces ich powstawania jest bardziej związany z nowo narodzonymi gwiazdami i formowaniem się egzoplanet. Nie zaobserwowano ich wcześniej niż około dwa miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Co ciekawe, WWA są również jednym z podstawowych chemicznych budulców życia.
Jeśli nie WWA, to co tam jest?
Co ciekawe, cechy, które zaobserwował JWST, faktycznie osiągają maksimum przy 226,3 nanometrach. Nie różni się to zbytnio od pomiaru 217,5 nm i może być błędem pomiarowym. Jednak jest również bardzo możliwe, że ta niewielka różnica w długości fali wskazuje, że skład wczesnego pyłu kosmicznego jest tylko nieznacznie inny od pyłu, który obserwujemy w późniejszych epokach. Według Witstoka jest to bardzo ekscytujące.
Wszystko to rozgrywa się w kontekście ciągłego badania wczesnych galaktyk. Przed JWST astronomowie musieli wykonywać zdjęcia wielu galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Wielokrotne obserwacje dostarczały wystarczających informacji na temat tych wczesnych gwiazd i tego, jak absorpcja pyłu wpływa na ich światło. Ograniczało to jednak obserwacje do galaktyk, które tworzyły gwiazdy i pył przez długi czas. Nie było zbyt wielu okazji, aby przyjrzeć się młodszym galaktykom i gwiazdom w celu określenia ich produkcji pyłu. JWST umożliwił obserwacje pojedynczych galaktyk karłowatych, które istniały w pierwszym miliardzie lat kosmicznego czasu. Daje to możliwość zbadania pochodzenia pyłu kosmicznego, gdy Wszechświat był naprawdę w powijakach.
Co dalej?
Oczywiście, według członka zespołu Irene Shivaei, przed nami jeszcze więcej pracy.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
