4 Minuten
Ankstyviausių Visatos laikų tyrinėjimai: pirmųjų žvaigždžių pėdsakai radijo signalų šviesoje
Daug dešimtmečių astronomai stengėsi rasti tiesioginių įrodymų apie pirmąsias Visatos žvaigždes—šias senovines šviesos žiburius, kurie nušvietė kosminę tamsą šimtus milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Nors šios pirmykštės žvaigždės iki šiol liko nepasiekiamos tiesioginiam stebėjimui, itin silpnas radijo signalas, siekiantis maždaug 100 milijonų metų po Visatos atsiradimo, gali pagaliau atskleisti gyvybiškai svarbią informaciją apie jų egzistavimą ir sudėtį.
21 cm vandenilio linija – langas į kosminę praeitį
Vienas iš perspektyviausių ankstyvosios Visatos tyrimo metodų yra kosmologinė 21 centimetrų linija – specifinis radijo dažnio signalas, išskiriamas neutralių vandenilio atomų. Vandenilis užpildė didžiules, dar bežvaigždes Visatos erdves netrukus po Didžiojo sprogimo. Maži šio signalo pokyčiai, atsiradę dėl sąveikos su pirmosiomis žvaigždėmis, gali atskleisti esminę informaciją apie žvaigždžių savybes, pavyzdžiui, jų masę ir gyvavimo trukmę.
Remiantis dabartinėmis astrofizikos teorijomis, pirmosios žvaigždės, dar vadinamos III populiacijos žvaigždėmis (angl. Population III stars), susiformavo iš didžiulių gryno vandenilio ir helio debesų Visatoje, vis dar panirusioje į tamsą. Kaip teigia Kembridžo universiteto Kosmologijos instituto mokslininkė dr. Anastasia Fialkov: „Tai unikali proga sužinoti, kaip pirmoji šviesa išsklaidė Visatos tamsą. Perėjimas iš šaltos, tamsios Visatos į žvaigždžių pilną kosmosą – istorija, kurios dar tik pradedame suprasti.“
Kodėl pirmosios žvaigždės išlieka neaptiktos?
Nors astronomai aktyviai ieško, iki šiol jiems nepavyko tiesiogiai stebėti nė vienos pirmosios kartos žvaigždės. Viena svarbiausių priežasčių – prognozuojamos šių pirmykščių žvaigždžių savybės. Mokslininkai mano, kad pirmosios žvaigždės buvo itin masyvios, galimai net tūkstančius kartų už Saulę sunkesnės, švietė neįtikėtinai ryškiai, bet trumpai ir greitai išnyko. Dėl trumpo jų egzistavimo bei milžiniškų atstumų tiesioginiai tokios žvaigždės pėdsakai tikriausiai jau seniai sunyko.
Vis dėlto, šie kosminiai milžinai galėjo palikti aptinkamas žymes savo aplinkoje. Pirmosioms žvaigždėms formuojantis, gyvenant ir mirštant, jos keitė aplinkinį vandenilį – tai turėjo įtakos 21 cm radijo signalui, palikdamos savitų pėdsakų, kuriuos galima užfiksuoti šiandien moderniais radijo teleskopais.
Radijo teleskopų proveržis: SKA ir REACH projektai
Astronomai tyrinėja šiuos kosminius pėdsakus pasitelkdami naujausios kartos radijo teleskopų sistemas, kaip Kvadratinės kilometrinės masyvas (SKA), statomas Australijoje ir Pietų Afrikoje, bei Pietų Afrikoje vykdomas REACH eksperimentas (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen). Šie pažangūs įrenginiai turi reikiamą jautrumą aptikti silpnus 21 cm signalus, sklindančius iš milijardų metų senumo Visatos.
Visai neseniai Kembridžo universiteto astrofiziko Tomo Gessey-Jones vadovaujama mokslininkų grupė modeliuodavo, kaip pirmosios žvaigždės galėjo paveikti kosmologinį 21 centimetrų signalą. Jų atlikti skaitmeniniai eksperimentai parodė, jog šios žvaigždės paliko aptinkamų žymių signale—pėdsakų, kurie ateityje galės būti skirti tikriems stebėjimams. Modeliai apima ir stiprias rentgeno emisijas, atsirandančias, kai masyvios žvaigždės miršta virstamos neutroninėmis žvaigždėmis arba juodosiomis skylėmis, – aspektą, kuriam anksčiau neužtekdavo dėmesio.
Kaip aiškina dr. Fialkov: „Mes pirmieji nuosekliai modeliuojame, kaip 21 cm signalas priklauso nuo pirmųjų žvaigždžių masių, įtraukdami ultravioletinės bei rentgeno spinduliuotės efektus iš ankstyvųjų žvaigždžių liekanų. Šiuos rezultatus pateikia kompiuterinės simuliacijos, atitinkančios pirmines Visatos sąlygas – vandenilio ir helio sudėtį.“
Masyvių žvaigždžių mirtis ir rentgeno spinduliuotės reikšmė
Masiivioms pirmosios kartos žvaigždėms pasibaigus, jų branduoliai subyrėdavo į ekstremalius objektus – neutronines žvaigždes ar juodąsias skyles. Šios liekanos skleidžia intensyvią rentgeno spinduliuotę, kuri gali jonizuoti aplinkinį vandenilį ir pastebimai pakeisti 21 cm radijo signalą. Šis tyrimas pabrėžia, kaip svarbu vertinant naujų teleskopų duomenis įtraukti ir tokius procesus.
Kaip teigia Kembridžo astronomas dr. Eloy de Lera Acedo, „Mūsų prognozės gali iš esmės pakeisti supratimą apie pirmąsias žvaigždes Visatoje. Dabar galime įrodyti, kad radijo teleskopai gali atskleisti svarbias detales apie šių senovinių žvaigždžių masę ir skirtumus nuo dabartinių žvaigždžių.“
Išvados
Silpno 21 centimetrų vandenilio signalo aptikimas ir analizė žymi svarbų etapą stebimosios kosmologijos raidoje. Derindami pažangius teorinius modelius su neprilygstamu SKA ir REACH teleskopų jautrumu, astronomai artėja prie galimybės atskleisti pirmųjų žvaigždžių paslaptis. Tokie atradimai ne tik praturtins žinias apie žvaigždžių evoliuciją, bet ir suteiks lemiamą kontekstą ankstyviesiems kosmoso etapams – akimirkai, kai Visata pirmą kartą sužibo žvaigždžių šviesa.
Quelle: doi
Kommentare