Nowy standard w badaniach dotyczących wczesnych galaktyk
Być może to mało odkrywcze stwierdzenie, ale faktem jest, że w przestrzeni kosmicznej jest bardzo dużo… przestrzeni. „Chociaż na zdjęciach satelitarnych galaktyki wyglądają jak jasne skupiska gwiazd, w rzeczywistości przestrzeń rozdzielająca poszczególne gwiazdy jest naprawdę ogromna”, wyjaśnia Andrea Ferrara, profesor w Scuola Normale Superiore we włoskiej Pizie. Przestrzeń ta nazywana jest ośrodkiem międzygwiazdowym. Składa się z materii, takiej jak gaz, pierwiastki ciężkie i pył. „Ośrodek międzygwiazdowy działa jako rezerwuar materii i energii dla galaktyki i stanowi paliwo, z którego powstają gwiazdy”, mówi Ferrara. „W związku z tym oferuje on możliwość zdobycia cennej wiedzy na temat najstarszych zakątków Wszechświata”. W wykorzystaniu tej możliwości pomaga finansowany przez Unię Europejską projekt INTERSTELLAR. Dzięki wsparciu ze strony Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) projekt ten umożliwił zbadanie ośrodka międzygwiazdowego w najbardziej odległych galaktykach, które powstały w ciągu 13 miliardów lat po Wielkim Wybuchu. „Naszym celem było scharakteryzowanie właściwości ośrodka międzygwiazdowego w pierwotnych galaktykach pod względem ich gwiezdnych składników, historii formowania się i kosmicznego otoczenia”, dodaje Ferrara, który pełnił funkcję koordynatora projektu.
Nowa cenna wiedza dotycząca ośrodka międzygwiazdowego
Aby osiągnąć założony cel, w ramach projektu opracowano innowacyjne ramy łączące modele teoretyczne, symulacje numeryczne o wysokiej rozdzielczości oraz dane zebrane za pomocą najbardziej zaawansowanych narzędzi, w tym Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) i teleskopu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). „Jednym z najbardziej znamiennych osiągnięć projektu jest włączenie największej dotąd liczby procesów fizycznych do techniki, którą nazywamy symulacjami »zoom-in«, które w rzeczywistości pozwalają na wykonanie symulacji wczesnych galaktyk z najwyższą możliwą rozdzielczością”, zauważa Ferrara. Dzięki połączeniu tej techniki z algorytmami uczenia maszynowego i zastosowaniu obliczeń wielkiej skali naukowcy wykorzystali nowo opracowane ramy do uzyskania nieznanych dotąd, niezwykle cennych informacji na temat ośrodka międzygwiazdowego. „Odkryliśmy, że obserwowane właściwości najwcześniejszych galaktyk są uwarunkowane przez procesy fizyczne, które w znaczny sposób różnią się od tych zachodzących w lokalnych galaktykach, do których należy też nasza własna Droga Mleczna”, podkreśla Ferrara.
Dokładne zrozumienie powstawania najwcześniejszych galaktyk
Jak twierdzi Ferrara, zespołowi projektu INTERSTELLAR udało się ustanowić nowy standard w badaniach nad wczesnymi galaktykami. Co więcej, standard ten jest już powszechnie uznawany przez społeczność naukową. „W erze zapoczątkowanej przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, w której za każdym rogiem czekają na nas oszałamiające odkrycia, inicjatywa INTERSTELLAR jawi się jako swego rodzaju kamień z Rosetty, zapewniając naukowcom bardzo solidne zrozumienie procesu formowania się najwcześniejszych galaktyk”, podsumowuje uczony. Zespół projektu INTERSTELLAR już teraz chce rozszerzyć swoje badania, korzystając z dotacji ERBN w zakresie synergii, podczas gdy kilku uczonych samodzielnie rozpoczęło własne projekty wspierane przez ERBN. Na tym nie kończy się ich działalność, gdyż naukowcy współpracują również z zespołami międzynarodowych inicjatyw badawczych, takich jak programy REBELS i CRISTAL, oraz publikują liczne artykuły prezentujące ich dokonania.
Słowa kluczowe
INTERSTELLAR, galaktyki, Wszechświat, przestrzeń kosmiczna, gwiazdy, ośrodek międzygwiazdowy, Wielki Wybuch, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
