Noi informaţii despre galaxiile timpurii

Galaxiile de la începutul Universului au fost foarte diferite de galaxiile din prezent. Utilizând noile studii detaliate, efectuate cu ajutorul Very Large Telescope al ESO şi telescopul spaţial Hubble, cercetătorii au studiat o galaxie timpurie în detalii fără precedent.

Astfel, cercetătorii, inclusiv membrii din partea Niels Bohr Institute, au determinat câteva proprietăţi importante ale acesteia, cum ar fi dimensiunea, masa, conţinutul de elemente chimice, determinând totodată şi cât de repede se formează galaxia stele noi. Rezultatele sunt publicate în revista ştiinţifică a Royal Astronomical Society.

„Galaxiile sunt corpuri cereşti foarte fascinante. Germenii galaxiilor sunt reprezentaţi de fluctuaţiile cuantice din Universul foarte timpuriu şi, astfel, procesul de înţelegere a galaxiilor permite realizarea unei legături dintre macrocosmos şi microcosmos. Aceasta reprezintă cazul galaxiilor în care gazul poate deveni rece şi suficient de dens pentru a forma stele, iar galaxiile reprezintă, prin urmare, adevărate pepiniere stelare", explică Johan Fynbo, profesor la Dark Cosmology Centre al Niels Bohr Institute din cadrul University of Copenhagen.

Quasarii sunt printre cele mai luminoase obiecte din Univers şi ele pot fi utilizate ca adevărate faruri pentru a studia corpurile cereşti aflate între quasari şi Pământ. În imagine se prezintă o galaxie, descoperită de către cercetători, care se află în faţa unui quasar. Prin studierea liniilor de absorbţie din lumina provenită de la quasar, ei au determinat în detaliu elementele chimice din galaxie, în ciuda faptului că privim cu aproximativ 11 miliarde de ani înapoi în timp. Credit: Graphic: Chano Birkelind, Niels Bohr Institute.

În Universul timpuriu galaxiile s-au format din nori de mari dimensiuni compuşi din gaz şi din materie întunecată. Gazul reprezintă materia primă a Universului din care se formează stelele. În interiorul galaxiilor gazul poate să se răcească, deşi în exteriorul galaxiei acesta ajunge la temperaturi de mai multe mii de grade. Când gazul se răceşte el devine foarte dens. În cele din urmă, gazul este atât de compact încât el colapsează sub forma unei sfere de gaz unde compresia gravitaţională încălzeşte şi mai mult materia, creând o minge strălucitoare de gaz. În acest fel s-a născut o nouă stea.


Ciclul stelelor

În interiorul roşu-fierbinte al stelelor masive, hidrogenul şi heliul se transformă şi formează primele elemente mai grele cum ar fi carbonul, azotul, oxigenul, care la rândul lor se transformă pentru a forma magneziul, siliciul şi fierul. Când întregul nucleu stelar a fost transformat în fier, nu se mai poate produce energia necesară stelei şi aceasta îşi încheie viaţa sub forma unei explozii de supernovă. De fiecare dată când o stea masivă îşi consumă combustibilul şi moare, ea expulzează în spaţiu nori de gaz şi elemente nou formate. Acestea formează nori de gaz din ce în ce mai denşi care, la rândul lor, pot colapsa pentru a forma noi stele. Primele stele conţineau numai o miime din elementele care se află azi în Soare. În acest fel, fiecare nouă generaţie de stele devine din ce în ce mai bogată în elemente grele.

Folosind telescopul spaţial Hubble, cercetătorii au fost în măsură să analizeze galaxia ce provoacă absorbţia liniilor spectrale ale luminii quasarului situat în spatele ei. În imaginea din stânga, quasarul se prezintă sub forma unei puternice surse luminoase aflată în centrul imaginii, în timp ce galaxia analizată, care se află în faţa quasarului, apare la stânga şi puţin deasupra quasarului. În imaginea din dreapta, cea mai mare parte din lumina de la quasar este eliminată astfel încât galaxia se vede acum mult mai clar. Distanţa dintre centrul galaxiei şi punctul ce marchează zona prin care raza de lumină de la quasar trece este de aproximativ 20.000 de ani-lumină, care este ceva mai mică decât distanţa dintre Soare şi centrul galaxiei Calea Lactee. Credit: Hubble Space Telescope.

În galaxiile din prezent observăm mai multe stele şi mai puţin gaz. În primele galaxii formate exista mai mult gaz şi mai puţine stele.

„Noi vrem să înţelegem mai bine această istorie evolutivă cosmică studiind galaxiile cele mai timpurii. Ne dorim să măsuram cât de mari sunt, ce masă au acestea şi cât de repede se formează stelele şi elementele grele", explică Johan Fynbo, cel care a condus cercetarea alături de Jens-Kristian Krogager, doctorand la Dark Cosmology Centre din cadrul Niels Bohr Institute.


Condiţiile pentru formarea planetelor

Echipa de cercetare a studiat o galaxie aflată la aproximativ 11 miliarde de ani-lumină distanţă. În spatele galaxiei este un quasar ce reprezintă o gaură neagră activă care este mai strălucitoare decât o galaxie întreagă. Folosind lumina de la quasar, ei au descoperit galaxia utilizând telescoapele gigant VLT din Chile. Cantitatea mare de gaz aflată în tânăra galaxie absoarbe o cantitate mare din lumina provenită de la quasarul care se află în spatele ei. În acest mod astronomii au putut „vedea" (prin absorbţia luminii) părţile exterioare ale galaxiei. În plus, procesul de formarea a noilor stele a provocat creşterea luminozităţii unor părţi din gaz, astfel că acesta (procesul de formare) putea fi observat în mod direct.

Cu ajutorul telescopului spaţial Hubble se pot vedea, de asemenea, stelele recent formate din galaxie şi se poate calcula cât de multe stele sunt în raport cu masa totală, care este compusă din cea a stelelor şi a gazului. Astronomii au putut determina, în acest fel, că proporţia relativă a elementelor grele este aceeaşi în centrul galaxiei şi în părţile ei exterioare şi aceasta arată că stelele care se formează mai devreme în centrul galaxiei îmbogăţesc în timp stelele din părţile exterioare ale galaxiei cu elemente mai grele.

„Prin combinarea observaţiilor efectuate utilizând ambele metode de analiză, absorbţie şi emisie, am descoperit că stelele au un conţinut de oxigen echivalent cu aproximativ 1/3 din conţinutul de oxigen al Soarelui. Acest lucru înseamnă că generaţiile anterioare de stele din galaxie au generat deja elementele care au permis formarea de planete ca Pământul cu 11 miliarde de ani în urmă", încheie Johan Fynbo şi Jens-Kristian Krogager.