Nowy model pomaga odkrywać tajemnice odległych galaktyk
Astronomowie przypominają podróżników w czasie. W miarę odkrywania coraz dalej położonych galaktyk docierają coraz bliżej do punktu, w którym rozpoczął się Wszechświat. Zjawisko to jest ściśle związane z czasem, jakiego światło potrzebuje, by dotrzeć do obserwatora. To właśnie tam należy szukać wskazówek, które mogą pozwolić nam zrozumieć jak wyglądały początki Wszechświata oraz pierwsze etapy jego rozwoju. Koordynatorka projektu Livia Vallini, obecnie doktorantka na uniwersytecie Scuola Normale Superiore we włoskiej Pizie, wyjaśnia: „Badania prowadzone w ramach projektu DeepIMPACT skupiają się na konkretnej epoce w ewolucji kosmosu, tak zwanej erze rejonizacji”. „Era ta trwała w okresie od 300 milionów do miliarda lat po powstaniu Wszechświata. Obecny wiek Wszechświata określa się na 13 miliardów lat. W tym czasie gazy zaczęły się zapadać, tworząc galaktyki, w których powstawały gwiazdy”, wyjaśnia Vallini, która prowadzi badania dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”. Era ta ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia kosmosu ze względu na to, jak znaczący wpływ na jego ewolucję miały wczesne galaktyki. Każda nowa gwiazda wytwarzała fotony – cząstki światła – które podróżowały poza te pierwsze galaktyki, wpływając na właściwości gazów w całym Wszechświecie. Vallini dodaje: „To właśnie mamy na myśli, mówiąc o erze rejonizacji. Obecnie żyjemy w całkowicie zrejonizowanym Wszechświecie”.
Niech stanie się światło
Naukowcy nadal nie są pewni, kiedy dokładnie rozpoczęła się ta era, nie znają też momentu jej zakończenia, brakuje również wiedzy na temat charakterystyki galaktyk, które miały największy wpływ na opisany proces. Co więcej, te pierwotne galaktyki są bardzo odległe i trudne do zbadania. W związku z tym niezbędne jest tworzenie symulacji i modeli matematycznych. Celem projektu DeepIMPACT było określenie osobliwych właściwości odległych galaktyk, w których już w tamtym okresie znajdowały się supermasywne czarne dziury. To właśnie dzięki nim astronomowie spróbują zidentyfikować te galaktyki. Badania były prowadzone na Uniwersytecie w Lejdzie w Holandii. Dzięki nim Vallini mogła nawiązać ścisłą współpracę z profesorem Xanderem Tielensem, światowym autorytetem w dziedzinie astrochemii. Vallini podkreśla: „Podczas pracy nad doktoratem jeszcze we Włoszech skupiałam się na modelowaniu jasności odległych galaktyk. Projekt DeepIMPACT powstał w zasadzie dzięki przeczuciu, że galaktyki, które formowały się we wczesnych stadiach istnienia Wszechświata, były znacznie mniejsze i bardziej zbite niż na przykład nasza galaktyka. Jeśli te galaktyki mają w swoich centrach czarne dziury, będzie to miało ogromny wpływ na jasność całej galaktyki właśnie ze względu na jej niewielki rozmiar”.
Odkrywanie kosmosu
Vallini opracowała modele, dzięki którym astronomowie będą mogli identyfikować odległe galaktyki. Modele te powinny pomóc naukowcom w lepszym poznaniu faktycznego rozmiaru odległych galaktyk oraz wpływu, jaki czarna dziura wywiera na swoje otoczenie. Od czasu zakończenia badań w styczniu 2020 roku Vallini zdołała już opublikować przeszło 10 artykułów naukowych dotyczących tematu odkrywania odległych galaktyk. Jednocześnie, zupełnie nieoczekiwanie, okazało się, że modele DeepIMPACT są na tyle elastyczne, by móc dostosować je do badania bliskiego Wszechświata. Vallini zauważa: „Mimo że skupialiśmy się na odległych galaktykach, wyniki uzyskane dzięki modelom opracowanym w ramach projektu DeepIMPACT zostały wykorzystane do planowania obserwacji odległego Wszechświata, ale też bliskich nam galaktyk”. „Dzięki temu projekt DeepIMPACT okazał się małym fragmentem znaczniej większej zagadki dotyczącej ewolucji galaktyk. Oczywiście nadal pozostaje wiele jej elementów, których nie rozumiemy”, podsumowuje Vallini.
Słowa kluczowe
DeepIMPACT, przestrzeń kosmiczna, galaktyka, Wszechświat, czarna dziura, kosmos, rejonizacja, astronomowie, supermasywna